一种射频激励的玻璃管激光器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于激光领域，主要用于改善二氧化碳激光器的性能。。
【背景技术】
[0002]很多气体激光器都是由放电进行激励的，即由气体放电将原子或分子激发到上能态、然后由上能态跃迁到下能态而产生光子辐射。目前，这样的激励方式几乎占气体激光器的80%以上、其中利用管状放电的又占80%以上。这里的管状放电的基本放电单元就是本说明书中的放电管，放电管的材料一般是石英、玻璃等绝缘材料。在这些激光器中，目前使用最多的是封离型二氧化碳激光器。封离型二氧化碳激光器是指一种玻璃管激光器(以下简称为激光管)。主要特征是在将激光管抽成真空后一次性将混合的激光工作气体通过原始的抽气和充气口充入激光管内，然后用高温融化的办法将原始抽气和充气口封闭起来，不再打开，直至激光管工作到报废。目前二氧化碳激光管市场需求大，激光管在中国的年需求量就超过了 100000个，在全世界就超过了 200000个，其功率水平一般为10-200W。目前，这些管状放电的激光的主要问题是放电不均匀，导致激光的稳定性差、光束质量差、效率低、功率低。主要原因有两条:1、放电管为轴向直流放电，目前广泛采用的开关电源本质上仍然是直流放电，直流放电的特征就是放电不均匀和放电直径收缩，不能充满放电管导致放电介质的增益不均匀；2、目前的放电管的材料为绝缘性能良好的石英管或玻璃管(为了简单通称为激光管)，壁厚一般为2毫米或更大，用如此厚的放电管的原因是放电管外还必须有夹层通水冷却，除了新鲜的去离子水外一般有杂质的水是对地导通的，而激光管放电电压比较高，为10千伏至30千伏，如果壁厚薄就会导致放电管被击穿而损坏激光管，放电管的壁厚比较大就不利于热传导导致放电管内气体温度比较高使得效率低和功率低。目前，国际上的二氧化碳激光管的最高功率水平是100W/M，就是说一个1米长的激光管的功率是100W。目前射频激励的二氧化碳激光管都是金属激光管，成本很高，目前相同功率的射频激励的金属激光管一般是玻璃激光管的10到20倍左右。总而言之，目前的玻璃激光管的主要缺点是稳定性差、效率低、功率低；射频激励的金属激光管的主要缺点是成本高。
【发明内容】
[0003]针对目前直流放电的玻璃激光管稳定性差、效率低、功率低的缺点，同时也针对目前射频激励的金属激光管的成本高的缺点，本发明的目的是提供一种射频激励的玻璃管激光器(以下简称射频激光管)。这样的射频激光管既具有工作稳定、效率高、功率高的优点，又有成本低的优点。
[0004]为了实现上述目的，本发明技术上采用了如下四种措施:1、射频激光管的放电上采用了横向射频激励方法；2、为了使射频激励能够进行，在放电管的冷却夹层中通绝缘强度高的油而不是水，这种绝缘强度高的油有变压器油或电容器油等等很容易获得的油，油冷却不存在对射频放电有吸收损耗的问题；3、玻璃或石英制作的放电管的壁厚比较薄，壁厚在2毫米及以下，在强度许可的情况下为0.3毫米，即管壁厚为2-0.3_中的任一值；4、稳定激光输出采用了储气管中放置室温二氧化碳气体还原剂还原放电中分解了的激光气体的方法，使激光输出长期稳定。
[0005]如果在这样的激光器上安装一个可以多次更换气体的阀门，就能实现激光器气体的多次再生，延长射频激光管的寿命，最高可以延长至十万小时。
[0006]本发明的优点是射频激光管放电均匀和冷却条件好、导致激光的稳定性好、效率高、功率高，并且成本低。
【附图说明】
[0007]本发明需要多个示意的附图，现逐一说明。图1是射频激光管的主视图；图1中，
(1)是射频放电管；(2)是油冷套管；(3)和(4)是两个对称的储气管，它们具有与放电管交换气体的功能，在它们中间放置室温二氧化碳气体还原剂颗粒；(5)是全反射镜；(6)是激光输出窗口。图2是射频激光管的俯视图；图2中，(7)和(8)分别是冷却油的进出管口。图3是右侧视图剖面；图3中，(9)和(10)分别是两个对称的射频放电电极。图4是安装了更换气体阀门时射频激光管的局部示意图；图4中，(11)是阀门座；(12)是阀门芯；(13)是密封圈；(14)是阀门开关螺丝；(15)和(16)是阀门座两侧与激光管和激光输出窗口连接的密封圈；(17)是与阀门项连接的激光管头部。
【具体实施方式】
[0008]本发明的具体实施例子如下:将1根1800mm的射频激光管按照本发明的方式加工，放电管直径15mm，抽真空后充入C02: N2: He的混合比例为1: 3: 5的混合气体为工作物质，气体压力为12kPa，等效放电电压2-3kV，等效电流0.5-1A，光腔由曲率半径为5000mm的镀金全反射镜和输出透过率为30%的平面ZnSe镜组成，接通射频电源，在放电状态下将光腔调节到最佳状态，这样的激光管功率可以达到300W以上，激光光束模式为基模，寿命可以达到5000小时以上，如果装上阀门能将气体多次更换，寿命可以超过20000小时。
【主权项】
1.一种射频激励的玻璃管激光器，其特征在于:射频激励的玻璃管激光器的放电上采用了横向射频激励方法。2.按照权利要求1所述的一种射频激励的玻璃管激光器，其特征在于:为了使射频激励能够进行，在放电管的冷却夹层中通绝缘强度高的油而不是水。3.按照权利要求1所述的一种射频激励的玻璃管激光器，其特征在于:玻璃或石英制作的放电管的壁厚比较薄，管壁厚为2-0.3mm中的任一值。4.按照权利要求1所述的一种射频激励的玻璃管激光器，其特征在于:稳定激光输出采用了储气管中放置室温二氧化碳气体还原剂还原放电中分解了的激光气体的方法。5.按照权利要求1所述的一种射频激励的玻璃管激光器，其特征在于:在激光器上安装一个可以多次更换气体的阀门，能实现激光器气体的多次再生，延长射频激光管的寿命。
【专利摘要】一种射频激励的玻璃管激光器，主要用于改善二氧化碳激光器的性能。本发明的主要特点是：1、射频激光管的放电上采用了横向射频激励方法；2、为了使射频激励能够进行，在放电管的冷却夹层中通绝缘强度高的油而不是水；3、玻璃或石英制作的放电管的壁厚比较薄，管壁厚为2-0.3mm中的任一值；4、长期稳定激光输出采用了储气管中放置室温二氧化碳气体还原剂还原放电中分解了的激光气体的方法。如果在这样的激光器上安装一个可以多次更换气体的阀门，寿命可以延长至几万小时。本发明的优点是射频激光管放电均匀和冷却条件好、导致激光的稳定性好、效率高、功率高，并且成本低。
【IPC分类】H01S3/0971, H01S3/034
【公开号】CN105390916
【申请号】CN201410451167
【发明人】陈清明
【申请人】陈清明
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2014年9月6日