专利名称:气体激光管的球形镀铝阴极的制作方法
本发明涉及气体激光管的阴极，特别涉及气体激光管的球形镀铝阴极。
激光管的阴极用来在产生激光的过程中提供电子。冷阴极气体激光管利用气体放电产生导电离子，正离子在电场作用下向阴极加速。当正离子与阴极碰撞时，阴极产生电子，从而在阴极和阳极之间的放电管中产生辉光放电，进而在谐振腔内产生激光振荡，通过激光管一端的部分反射镜输出激光。
在离子轰击阴极时，产生三种效应。一种是被电子中和的离子进入並保留在阴极中，从而导致工作气体减少;一种是引起阴极材料的溅射，这些被溅射的材料落回阴极时，会俘获一些气体原子或分子，即引起溅射吸气，这也导致工作气体减少;另一种是，原来被溅射的材料落回阴极后，如果再被离子轰击，又会引起由被溅射材料俘获的气体原子或分子的重新释放。
气体激光管通常工作在低气压(例如几乇)条件下，在长期工作以后，由于上述前两种效应，即所谓“气体清除”，将使工作气体损失，引起管内气压降低和激光输出功率降低。为了减小上述效应，常常使用铝材料制造激光管的阴极，因为铝比较便宜，溅射率较小。
为了使气体的重新释放与气体的俘获达到平衡，必须使整个阴极表面的放电电流密度是均匀分布的。而传统的圆筒形铝箔阴极表面各处的放电电流密度分布不均匀，在靠近放电管端口处电流密度最大，从最大点处向两侧方向电流密度迅速降低，因此必须采用新的阴极结构，以使放电电流密度均匀分布。
传统的铝箔阴极一般采用焊接或冲压方法做成圆筒形，它具有以下缺点1.由于其结构不合理造成表面放电电流密度分布不均匀，因此使气体的俘获率大于气体的重新释放率，引起工作气体减少。
2.由于其表面存在缺陷而产生局部放电不均匀和异常溅射在压延过程中使用的润滑剂及油污不易清除干净，其轧制细纹使表面不平坦，这些都使放电不均匀，並引起强烈的溅射;在点焊成圆筒阴极的过程中，存在着不可避免的焊缝、焊坑，並含有杂质(如点焊头的铜料)，使阴极表面状况不均匀，发生异常溅射，破坏阴极表面並逐渐扩大到整个阴极。
3.铝圆筒阴极悬在激光管内空间中，不牢固，易振动，使放电不稳定;作为阴极引出端与阴极之间过渡引线的镍片焊在铝阴极圆筒上，往往容易在镍片上放电，使镍溅落到附近的阴极上，並在该处铝阴极上发生强烈的溅射。
英国专利申请GB2，132，407提出用玻璃质材料，诸如玻璃、石英、玻璃陶瓷等，制成半球形阴极壳，在阴极壳内部镀一层铝或铝合金膜。激光管管壳用低热膨胀系数的玻璃质材料制造，选择阴极壳材料的热膨胀系数与激光管管体材料相近，用铟作媒质，将阴极壳封接到管体上。它用镀铝膜代替传统的铝箔作阴极，並试图解决阴极壳材料与管体材料之间的热膨胀匹配问题，以消除应力，但是它仍然采用传统的封接技术，结构也不合理，並且没有说明镀铝阴极表面如何电引出。
美国专利US4，477，908提出一种阴极结构，阴极内表面是球形的，放电毛细管的一端开口在阴极球形内表面的球心至球面开口连线上，这种阴极采用铝材料分两部分制成，然后将这两部分组装在一起，其内表面是球形的。从其附图中可以看出，该阴极与激光管管体是分离的，而该专利没有说明该阴极如何与激光管装配，也没有提到电引出问题，在该阴极的两部分配合的界面处仍然存在局部放电不均匀和异常溅射问题。
本发明的目的在于提供气体激光管的一种球形镀铝阴极，其以球形结构代替圆筒形结构，以铝膜代替加工的铝材料，以嵌在阴极壳材料内的埋置的铂箔引线代替裸露的镍片引线，以克服现有技术的激光管阴极的上述缺点，提高激光管的输出功率稳定性，降低激光噪声，延长使用寿命。
具体地说，本发明的目的在于提出一种球形阴极结构，並且激光管的放电管一端的开口位于该球形阴极球心附近，使该球形阴极上的各点的放电电流密度相对于该放电管开口是均匀分布的，从而保证气体重新释放率与气体俘获率保持平衡，克服现有技术的阴极结构的缺点。
本发明的目的还在于提供一种球形镀铝阴极，阴极壳与激光管用同一种玻璃质材料制成一体，在阴极壳内表面镀一层铝膜作为阴极，以克服现有技术的铝加工阴极表面易污染、不均匀以及阴极固定不牢等所造成的局部放电不均匀和异常溅射。
本发明的目的还在于用铂箔作为镀铝阴极的电引出装置的阴极引线，该铂箔嵌在阴极壳材料内並埋于阴极铝膜中，与铝膜保持牢固、良好的电接触，足以经受所需的电流，並且没有裸露部分，以克服现有技术的镍片等裸露引线所带来的问题。
用同一种玻璃质材料，诸如玻璃、石英、玻璃陶瓷等，制成激光管及其阴极壳，阴极壳制成球形，其球形内表面用传统的镀膜方法镀上一层高纯铝膜。用同样的玻璃质材料制成的放电管与球形阴极壳的开口封接在一起，並通过该开口伸入球形阴极内部，放电管的开口位于该球形阴极的球心附近，使该球形阴极上的各点的放电电流密度相对于该放电管的开口是均匀分布的。在球形阴极壳上封接一个阴极引出端，将一小片铂箔嵌在该球形阴极壳的内壁上，使铂箔成为阴极壳球面的一部分，並且埋置于铝膜内，与该阴极引出端相连。在一个实施例中，激光管采用旁轴式阴极，放电管的另一端与激光管管壳封接並连通。在另一个实施例中，激光管采用同轴式阴极，阴极壳就是激光管管壳的一部分。
下面结合具体实施例进一步详细说明本发明，其中图1是现有技术的激光管的示意图。
图2是本发明的球形镀铝阴极的一个实施例的示意图。
图3是本发明的球形镀铝阴极的另一个实施例的示意图。
图4是本发明的球形镀铝阴极的再一个实施例的示意图。
图5是采用本发明的球形镀铝阴极的旁轴式全内腔激光管的示意图。
图6是采用本发明的球形镀铝阴极的同轴式全内腔激光管的示意图。
图7是采用本发明的球形镀铝阴极的旁轴式半内腔稳频激光管的示意图。
图8是采用本发明的球形镀铝阴极的同轴式半内腔稳频激光管的示意图。
图中相同的编号表示同样的内容。
图1是现有技术的同轴激光管的示意图。激光管(11)包括管壳(12)，放电毛细管(13)，(12)两端的反射镜(1)、(2)，阳极(14)，阴极筒(15)，以及阴极引出端(16)。工作气体的辉光放电被限制在放电毛细管(13)内，全反射镜(2)和部分反射镜(1)(反射率约98～99%)组成激光谐振腔，使激光管产生激光振荡，並从部分反射镜(1)输出激光束(3)。阴极筒(15)用铝箔制成，经焊接或冲压成圆筒形，放电毛细管(13)深入到阴极圆筒内部。
图2是本发明球形镀铝阴极的一个实施例。球形阴极壳(21)用玻璃质材料，诸如玻璃、石英、玻璃陶瓷等制成，其球形内表面用传统的镀膜方法镀上一层高纯铝膜(22)。放电管(23)与球形阴极壳的开口(27)封接，並通过(27)伸入球形阴极壳内部，其开口(24)位于球形阴极的球心附近，使球面铝膜阴极(22)上各点的放电电流密度相对于开口(24)是均匀分布的，从而保证气体重新释放率与气体俘获率保持平衡。一片铂箔(25)嵌在该球形阴极壳的内壁上，使铂箔成为阴极壳球面的一部分，並且埋置于铝膜(22)内，与封接于阴极壳上的阴极引出端(26)相连。
本发明的球形镀铝阴极也可以做成如图3所示的形式，其中与图2相同的编号表示与图2同样的内容。这种球形阴极壳的开口(27)有一个伸入部分(28)，放电管(23)与(28)封接，该球形阴极壳还有另一个开口(31)与一个消气剂腔(32)相连通，在腔(32)中放置了消气剂(33)。
本发明的球形镀铝阴极还可入做成如图4所示的形式，其中与图2相同的编号表示与图2同样的内容。这种球形阴极壳有另一个开口(41)与激光管相连通。放电毛细管(13)通过开口(41)伸入球形阴极，与开口(27)的伸入部分(28)相交错並连通。伸入部分(28)的端口(42)位于球形阴极的球心附近，使球面铝膜阴极(22)上各点的放电电流密度相对于端口(42)是均匀分布的，从而保证气体重新释放率与气体俘获率保持平衡。
图5是使用图3所示的本发明的球形镀铝阴极的旁轴式全内腔激光管的示意图，其中与图1、图3相同的编号表示与图1、图3同样的内容。与球形阴极开口(27)相连接的放电管(23)的另一端与激光管的管壳(12)相连通，使工作气体辉光放电被限制在放电管(23)和放电毛细管(13)中。
图6是使用图4所示的本发明的球形镀铝阴极的同轴式全内腔激光管的示意图，其中与图1、图4相同的编号表示与图1、图4同样的内容。球形阴极壳(21)的开口(41)的直径与激光管管壳(12)的直径一致，它们相连通地封接在一起，使球形阴极壳(21)成为激光管管壳(12)的一部分。
本发明的球形镀铝阴极还可以如图7、图8所示用于半内腔稳频激光管。
类似地，如图2所示的本发明球形镀铝阴极也可以用于旁轴式全内腔或半内腔激光管。
本发明的球形镀铝阴极结构合理，使阴极表面放电电流密度均匀分布，从而使气体重新释放率与气体俘获率相平衡;阴极表面材料均匀，放电电流密度没有突变，不产生局部异常溅射;阴极铝膜直接与玻壳接触向外散热，散热效果好，阴极设有局部温升;嵌在阴极壳材料内並埋置于阴极铝膜内的铂箔与阴极接触牢固、良好，能经受所需电流，没有裸露部分，不产生异常溅射。这种球形镀铝阴极省去了相应的阴极清洗、焊接和阴极高频去气等工艺，制备过程中操作简便，设备简单，成品率高，造价低廉，易于推广，可实现单一元件生产，使激光管阴极商品化。用这种球形镀铝阴极制成的激光管输出功率稳定，激光噪声小，延长了使用寿命。
权利要求
1.一种用玻璃质材料制作的激光管镀铝阴极，其特征在于，所说的玻璃质材料制成的阴极壳是球形的，所说的球形阴极壳的内表面镀有一层铝膜，激光管的放电管伸入该球形阴极内部，並且其开口位于该球形阴极的球心附近，使球形阴极铝膜表面上的各点的放电电流密度相对于该放电管开口是均匀分布的，从而保证在激光管工作期间的气体重新释放率与气体俘获率保持平衡，一片铂箔嵌在该球形阴极壳的内壁上，使该铂箔成为该阴极壳球面的一部分，並且埋置于该阴极铝膜内，与阴极引出端相连。
2.权利要求
1中的球形镀铝阴极，其中的球形阴极壳有一个开口与消气剂腔相连通。
3.权利要求
1或2中的球形镀铝阴极，其中的放电管与激光管管壳相连通地封接在一起，构成旁轴式激光管。
4.一种用玻璃质材料制作的激光管镀铝阴极，其特征在于，所说的玻璃质材料制成的阴极壳是球形的，所说的球形阴极壳的内表面镀有一层铝膜，激光管放电毛细管伸入该球形阴极内部，並且与该球形阴极壳的一个开口的伸入部分相交错並连通，该伸入部分的端口位于该球形阴极的球心附近，使球形阴极铝膜上各点的放电电流密度相对于该伸入部分端口是均匀分布的，从而保证在激光管工作期间的气体重新释放率与气体俘获率保持平衡，一片铂箔嵌在该球形阴极壳的内壁上，使该铂箔成为该阴极壳球面的一部分，並且埋置于该阴极铝膜内，与阴极引出端相连。
5.权利要求
4中的球形镀铝阴极，所说的球形阴极壳还有另一个开口，其直径与激光管管壳的直径一致，球形阴极壳的这个开口与激光管管壳相连通地封接在一起，使该球形阴极壳成为激光管管壳的一部分。
专利摘要
激光管的一种球形镀铝阴极，阴极壳用玻璃质材料制作，其内表面镀有一层铝膜，激光管的放电管伸入球形阴极内部，一片铂箔嵌在阴极壳材料内并埋置于阴极铝膜内。该球形镀铝阴极结构合理，表面均匀，散热好，阴极引出的电接触牢固、良好。用这种球形镀铝阴极制作的旁轴式或同轴式激光管输出功率稳定，激光噪声小，延长了使用寿命。
文档编号H01S3/02GK87103443SQ87103443
公开日1988年8月17日 申请日期1987年5月11日
发明者张维钰 申请人:中国计量科学研究院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan