专利名称：用于控制激光器系统的有效工作温度的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及激光器技术领 域，具体涉及一种控制激光器系统的有效工作温度的装置。
背景技术：
气体激光器以特征气体为工作介质，针对相关应用，通过有效的高压气体放电(或激光激励)激励气体产生粒子数反转，形成相应激光波长的激光辐射输出。针对某些特征气体的气体激光器，使其有效运转的有效工作温度(能量输出、能量稳定性、光束质量等激光指标参数的最优化输出温度条件)常高于室温，同时由于涉及到高压气体放电过程，激光腔体内部会伴随产生大量的热量积聚，过高的腔体温度将严重影响激光器运转效能，所以有效的温度控制和腔体散热措施是保障气体激光器良好运转的重要环节。密闭腔体中具有特定成分配比的气体介质在高压放电激励的条件下，通过维持和保障放电电极之间的有效电子密度，形成针对特征增益气体介质的有效轰击泵浦，进而借助于粒子数的反转实现有效的特征波长激光辐射，最终在激光谐振腔的作用下形成放大的激光输出。针对于电激励气体激光器系统，电光转换效率较低，通常低于5%，所以在激光器系统运转过程中，激励电能的注入只有很少一部分被转化为激光输出，而其他大部分电能注入则主要被转化为热能存在于腔体内部，对于维持有效气体放电会产生负面的影响。借助于腔体内部的气体循环系统和冷却散热系统，热量被有效带出腔外，从而维持腔内电极放电环境的稳定，保障激光器系统工作的正常运转。传统的腔体散热机制主要通过传导、对流和辐射手段，借助于冷却介质(诸如水等)在相关外部冷却装置与腔体内部特征设计的散热器件中的循环流动，实现有效散热，维持激光器系统有效运转过程中的腔体温度恒定。尽管利用这一方法可以有效地实现腔体散热，但是涉及某些有效温度运转的气体激光器，诸如ArF气体激光器，其有效温度在40°C 45°C左右，单纯依靠冷却散热的方法会导致工作温度控制精度较低；同时在激光器系统开机后，无论是否开启冷却散热系统，激光器达到有效工作温度的预热时间必须通过足够长的高压气体放电过程来保障，这在一定程度上对于气体介质、电能以及人为等待时间等都将造成较大的无为消耗。图I所示为用于气体激光器的传统的有效工作温度控制方法的示意图。如图I所不，在激光器系统I包括有一个冷却散热系统，该冷却散热系统包括有散热器件3和冷却系统2，该散热器件3与冷却系统2通过管道4相互连通。在散热器件3、冷却系统2及管道4内充有传热介质，例如水等液体。散热器件3用于吸收激光器系统I产生的热量，冷却系统2用于冷却传热介质，并使传热介质在散热器件3与冷却系统2之间循环流动。在激光器系统I运转过程时，气体高压放电激励，注入电能中除极少部分转化为相应激光辐射外，大量的电能注入转化为腔体内的热能，产生大量的热量。此时，散热器件3吸收腔体所产生的热量，通过传热介质在散热器件3与冷却系统2之间的循环，将被加热的传热介质带出激光器系统，并将冷却后的传热介质输送加散热器件2。[0006]如图I所示，传统的冷却散热系统控制激光器的有效工作温度的方法是在管道4上安装一个流量控制器6，并在激光器系统I内部设置一个温度探测器5，温度探测器5与流量控制器6电性连接，流量控制器6根据所检测到的激光器系统I的温度来控制管道4内的传热介质的流量，以控制散热器件3的散热速率，从而控制激光器系统I的有效工作温度。由此可见，利用冷却系统2和散热器件2散热的方法能够通过流量控制、温度反馈的手段较好的实现腔体降温的效果，平衡腔体内的热量耗散。但是，对于放电腔体的有效工作温度的稳定和维持却不大容易实现，经常出现腔体有效温度稳定精度差、调整时间过长等不足，对于充分发挥激光器系统使用效能存在不足，在一定程度上影响了输出激光指标参数，这一现象在高重复频率运转脉冲气体激光器中显得尤为突出。另外，由于室温条件下激光器腔体温度与激光器有效工作温度的差异，导致激光器开启后预热过程时间较长，必须依靠相对高重复频率气体放电过程来提升腔体温度。较长的等待时间又同时会带来激·光气体的消耗和机械光学元件的磨损，激光器系统使用寿命相应降低。
发明内容(一 )要解决的技术问题本实用新型所要解决的技术问题是针对当前气体激光器技术中采用的单纯冷却控温，对于某些适宜于工作在有效温度的气体激光器系统而言，存在预热时间长、控温能力差的缺点，从而最终影响和降低系统的运转效能。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本实用新型提出一种控制激光器系统的有效工作温度的装置，激光器系统包括放电腔体，所述装置包括一个冷却散热系统，该装置还包括一个加热
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，其特征在于，所述加热装置可以是一个加热带，并安装在所述放电腔体的底部。根据本实用新型的一个具体实施方式
，所述冷却散热系统包括散热器件和冷却系统，所述散热器件与冷却系统通过管道相互连通，在所述散热器件、冷却系统以及管道内充有所述传热介质，所述用于控制冷却散热速率的控制装置是安装在管道上的流量控制器，并且，所述冷却散热系统通过传热介质的循环流动进行冷却散热，所述用于控制冷却散热速率的控制装置用于控制所述传热介质的流动。(三)有益效果本实用新型提出的有效工作温度控制方法，综合加热和冷却两方面的措施，可以有效地减少系统预热时间，减少能源消耗，同时有效散热，控温精度高，保障激光器系统在有效工作温度条件下的有效运转。
图I为传统的对气体激光器进行冷却散热的温度控制方法的示意图；图2为本实用新型提出的气体激光器有效工作温度控制方法的示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。散热处理和温度控制是激光器系统有效运转的重要环节。良好的散热机制、器件设计和温度控制措施是激光器系统稳定工作的基础和保障。如前所述，气体激光器系统包括有一个放电腔体。有关激光器放电腔体的有效工作温度的确定，主要取决于相应气体配比、腔体压力、放电电压、腔型设计等多方面的因素。在不开启冷却散热系统的条件下，通过针对激光器在不同温度条件下的输出激光指标参数综合分析，可以较好的获得激光器有效工作温度参数。本实用新型在传统冷却散热机制的基础上附加一个加热机制，从而形成一种新的用于激光器系统的有效工作温度的控制方法。图2为本实用新型提出的气体激光器有效工作温度控制方法的示意图，如图2所示，在本实用新型的激光器系统I中，除了具有一个冷却散热系统之外，还包括一个加热装置7。该加热装置7用于对放电腔体进行加热以及针对平衡冷却散热温控精度较差的有效辅助补偿。根据本实用新型的一个优选实施例，所述加热装置7可以是一个加热带，并最好位于放电腔体的底部。通常，在放电腔体的侧部和顶部，由于结构设计的原因不宜放置加热装置，但是，对于特殊的放电腔体，可以根据需要将加热装置设置于任何适于对放电腔体进行加热的位置。该加热装置7最好包括用于探测和显示温度的部件，例如温度传感器和液晶显示屏，以便于操作者实时地掌握放电腔体的温度。并且，该加热装置7最好具有一个启停控制件，例如是一个开关，以便于操作者对该加热装置7开启或关闭。根据本实用新型的另一优选实施例，加热装置7的功率是可调节的，以调节加热的效率，以便对放电腔体的温度进行更加精确的控制和调节。下面来说明本实用新型的控制激光器系统的有效工作温度的方法的具体步骤首先，在激光器系统的开机过程中，对激光器系统的放电腔体进行预加热。根据本实用新型，使用加热装置7对所述腔体进行加热，使得激光器系统的放电腔体的温度迅速达到有效工作温度。根据本实用新型的优选实施方式，对激光器系统的放电腔体进行预加热的后期即开始进行冷却散热，但是使得此时的冷却散热速率低于激光器放电腔体在达到有效工作温度后的冷却散热速率。通过流量控制器6对传热介质的流量进行控制，使得传热介质以低流量注入冷却的方式对激光器腔体进行初步散热。而在激光器系统的放电腔体温度达到有效工作温度后，逐步提高冷却散热的速率。根据本实用新型的另一优选实施方式，可以通过流量控制器6逐步加大传热介质的流量，以缓冲激光器系统的放电腔体在加热过程中产生的温升过冲。这时，加热装置7停止加热，增加激光器的运转重复频率，通过改变传热介质的流量来平衡腔体在加热温度惯性与高压放电所带来的温度升高，从而实现激光器有效工作温度有效控制和精细调节，实现注入冷却与腔体放电过程产热的平衡。然后，在激光器系统的放电腔体达到有效工作温度时，开启激光器系统，使放电腔体开始放电。与此同时，开启冷却散热系统，开始对放电腔体进行冷却散热。[0030]根据本实用新型的一种优选实施方式，在放电腔体达到有效工作温度时，不立即停止加热装置7的加热。由于在达到有效工作温度时即开始冷却散热，而散热过程中的温度降低存在惯性，所以，可以不立即停止加热装置7的加热，而是维持加热装置7进行加热一段时间，使加热装置7的加热、放电腔体放电产生热量、和冷却散热系统的冷却三者共同作用，使放电腔体的温度趋于稳定，并维持在有效工作温度，以保障激光器系统在放电过程中的有效运转。具体来说，由于冷却散热系统的流量控制的精度较差，可能会存在较为明显的温度降低过冲，使放电腔体温度达到低于有效工作温度的稳定值。因此，为了在最短的时间内实现有效温度的稳定，此时保持开启加热装置一段时间，以平衡放电腔体的温度差异，使放电腔体维持在有效工作温度。根据本实用新型的一个优选实施例，当放电腔体的温度维持在有效工作温度时，可以调节冷却散热系统的流量控制器，使其冷却速率变小，并且降低加热装置7的功率，使其加热功率变小，在确保激光器系统的放电腔体维持在有效工作温度下的条件下，降底加热装置7和冷却散热系统的功耗。从而降低整个激光器系统的功耗。优选的，可以使加热 装置7的功率逐渐降为零，或者维持在一个较低的水平。根据本实用新型的另一优选实施例，在放电腔体的整个放电过程中，保持开启加热装置7，由于激光器系统的放电腔体的环境发生变化，而所述冷却散热装置的流量控制器对流量的控制只能粗略地控制冷却散热速率，导致腔体温度过冲，因此放电腔体的工作温度可能出现波动。为了进一步消除上述影响，在整个放电过程中保持开启加热装置7，当出现温度波动时，通过调节加热装置7的加热功率，实现对于放电腔体有效工作温度的精确控制。根据本实用新型，可能由操作者手动调节加热装置7的功率，也可能利用该加热装置7与其温度传感器之间的信号反馈来自动控制。对于激光器在不同重复频率条件下的工作而言，放电腔体内的气体放电所产生的热量也不尽相同，利用上述方法都可以较好的实现激光器系统的有效最优运转。利用这种方法不但可以相对精确的控制激光器系统的有效工作温度，而且可以节省能源消耗和预热时间，提升激光器系统使用寿命；同时对于不同类型气体激光器的有效工作温度把握也提供了一种有效的测试手段。以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种用于控制激光器系统的有效工作温度的装置，所述激光器系统包括放电腔体，所述装置包括一个冷却散热系统，其特征在于，该装置还包括一个加热装置(7)。
2.如权利要求I所述的控制激光器系统的有效工作温度的装置，其特征在于，所述加热装置(7)是一个加 热带，并安装在所述放电腔体的底部。
3.如权利要求2所述的控制激光器系统的有效工作温度的装置，其特征在于，所述冷却散热系统包括有控制冷却散热速率的控制装置￠)，在对所述放电腔体进行预加热后期，该控制装置(6)控制所述冷却散热系统开始冷却散热，并使此时的冷却散热速率低于所述放电腔体在达到有效工作温度后的冷却散热速率。
4.如权利要求3所述的控制激光器系统的有效工作温度的装置，其特征在于，所述冷却散热系统包括散热器件(3)和冷却系统(2)，所述散热器件(3)与冷却系统(2)通过管道(4)相互连通，在所述散热器件(3)、冷却系统(2)以及管道(4)内充有所述传热介质，所述用于控制冷却散热速率的控制装置(6)是安装在管道(4)上的流量控制器，并且，所述冷却散热系统通过传热介质的循环流动进行冷却散热，所述用于控制冷却散热速率的控制装置(6)用于控制所述传热介质的流动。
专利摘要本实用新型公开了一种控制激光器系统有效工作温度的装置，所述激光器系统主要包括气体高压放电腔体，所述装置包括一个冷却散热系统和一个加热装置。在激光器系统的开机过程中，对激光器系统的放电腔体进行预加热，使所述放电腔体达到有效工作温度；在激光器系统的放电腔体达到有效工作温度后，停止加热，开启放电腔气体高压放电工作运转，而后针对所述放电腔体高压放电运转产热进行冷却散热，使该放电腔体维持在有效工作温度。本实用新型综合利用了加热和冷却两方面的措施，可以有效地减少激光器系统的预热时间，减少能源消耗，同时有效散热，控温精度高，保障激光器系统在有效工作温度条件下的有效运转。
文档编号H01S3/041GK202737312SQ20122020190
公开日2013年2月13日 申请日期2012年5月7日 优先权日2012年5月7日
发明者赵江山, 李慧, 沙鹏飞, 宋兴亮, 鲍洋, 彭卓君, 周翊, 王宇 申请人:中国科学院光电研究院