专利名称：横向脉冲预电离的纵向放电气体激光器的制作方法
技术领域：
本发明属于激光器，特别是一种采用横向脉冲预电离的纵向放电脉冲气体激光器。
纵向脉冲放电的气体激光器由于其光束质量好、脉冲重复率高等优点受到人们的重视。脉冲预电离技术是改善脉冲放电激光器性能的一种有效手段。脉冲预电离就是在主脉冲放电之前或在主脉冲放电的初始阶段对激光放电区进行“预电离”脉冲放电，这将会大大提高“主脉冲”放电的稳定性并提高激光器的电光转换效率。现有技术如
图1所示，在放电管11的外面包以金属套12，该金属套在电学上与放电管中的阳极13相连并接地，当脉冲高电压加于放电管的阴极14上时，在阴极14与外金属套12之间的强电场首先引发了阴极附近的气体放电，即在阴极附近产生了强烈的“预电离”，预电离降低了放电管中阳极和阴极之间的击穿电压，因此紧随预电离之后在阳极和阴极之间形成了放电即“主放电”。这种装置的主要缺点是预电离主要限制在阴极区附近，并未对整个放电区(激光增益媒质区)进行预电离。(见SPIE vol.3092(1997)P82-85)第二个现有技术是正在审查的中国专利申请“一种多段纵向脉冲预电离激光器”，专利申请号是01202113.x。如图2所示，其主要特点是包括放电管21、放电管的阳极23、阴极24、冷却套25、全反射端镜26和输出耦合镜27，其特征在于多个圆环形预电离电极22紧密包围在放电管21外围、预电离圆环电极22相间地与脉冲发生器的高压端和低压端相连；这种装置的主要缺点除了结构较复杂以外，预电离的强度比本发明的弱。
本发明提出一种新的脉冲预电离激光器——横向脉冲预电离的纵向放电脉冲气体激光器。在纵向放电激光器的整个放电区(增益媒质区)进行预电离脉冲放电从而降低了激光器放电的工作电压，提高了激光器的电光转换效率。
为实现上述目的，本发明的主要特点是包括放电管31、高压电极34、接地电极33、冷却管35、全反射镜36和输出耦合镜37，横向脉冲预电离电极321和322相对地置于放电管31外围，上预电离电极321、下预电离电极322分别与脉冲发生器的高压端和低压端相连。
本发明新型脉冲放电气体激光器工作电压较低，放电稳定性较好，电光转换效率较高，适用于CO2激光器，He-Xe激光器，准分子激光器，放电引发的化学激光器等多种气体激光器。在激光探测，激光加工，光化学等应用领域有广泛的应用前景。
为进一步说明本发明的特征及结构，以下结合附图对本发明作详细描述。
图1为现有技术的纵向脉冲放电气体激光器的结构示意图。
图2为第二个现有技术的多段脉冲预电离激光器结构示意图。
图3是本发明的激光器结构示意图。
图4是在主电极和预电离电极问串接电阻的结构示意图。
图5是在主电极和预电离电极间串接电容的结构示意图。
图6是螺旋横向脉冲预电离激光器结构示意图。
如图3所示，预电离和主放电共用一个高压脉冲发生器。当脉冲电压加于高压端电极上时，首先在预电离电极之间的气体中引起脉冲预电离放电(位于放电管两侧的预电离电极则和相应的主放电电极放电)，预电离放电充满了阴极和阳极之间的全部放电管区域。强烈的预电离导致阴极和阳极之间击穿电压下降，预电离之后，紧随着是主放电。
设阴极与阳极间距为L，放电管外径为D，条带状预电离电极宽度为πD/10-πD/3之间，则预电离电极间距在0.5D和2D之间。因为L＞＞D，所以当高压加于相应的电极上时，预电离电极间的电场强度远远大于主电极之间的电场强度，其电场强度之比理论上为L/D。预电离脉冲放电的电压高频分量通过放电管壁耦合进入放电管中，其耦合效率与电压脉冲上升前沿的陡度及预电离电极与放电管之间的耦合电容的大小有关。由于耦合电容上不可避免地存在电压降，因此上述比值应小于L/D。预电离电极与放电管之间的耦合电容数值很小，预电离放电仅在脉冲电压上升沿即主放电之前的很短时间内发生，因此预电离放电只消耗总放电能量中的很小一部分。通过改变预电离电极的面积、放电管的材料、放电管壁的厚度可以改变耦合电容的数值。在主电极和预电离电极之间串接电容或电阻也可以调节耦合进预电离中的能量。脉冲预电离有两方面作用其一是降低了主放电的击穿电压，使放电更容易击穿。其二是降低了主放电的E/P值(电场强度与气压的比值)。较低的E/P值相应于较低的电子能量分布。在许多情况下，例如在CO2激光器中，低E/P值有利于泵浦气体分子到激发态，从而有利于提高激光器的电光转换效率；而预电离过程中较高的E/P值则有利于气体产生电离，为其后的主放电提供足够的初始电子浓度，从而实现稳定的主放电，增大放电电流和注入到气体媒质中的能量。所以在一定的电源电压范围内可以选择适当的L、D值使主放电和预电离放电中的E/P值都处于最佳值附近，最大限度地利用激光媒质，以获得更高的电光转换效率和比输出能量。本发明的脉冲激光器能够在高重复率下运转。当重复率很高时，激光器也可以过渡到连续运转。图4和图5中的其它部件与图3相同，除了在主电极和预电离电极间分别串接电阻和电容以外。
图6是本发明的一种改型，称为螺旋状横向脉冲预电离激光器，两条带状金属箔621和622呈螺旋状紧贴在放电管61的外壁作为预电离电极，如同人体的基因的DNA链，在每一横截面两个预电离电极都是正对平行的。这种结构使预电离在空间分布上更加均匀从而可进一步提高输出的激光束质量。其它部件与图3所示的相同。
权利要求
1.一种横向脉冲预电离的纵向放电气体激光器，包括放电管31、高压电极34、接地电极33、冷却管35、全反射镜36和输出耦合镜37，其特征在于横向脉冲预电离电极321和322相对地置于放电管31外围，上预电离电极321、下预电离电极322分别与脉冲发生器的高压端和低压端相连。
2.按权利要求1所述的激光器，其特征在于所述的横向脉冲预电离电极为螺旋状。
3.按权利要求1所述的激光器，其特征在于所述横向脉冲预电离电极是条带状。
4.按权利要求1或2所述的激光器，其特征在于条带状预电离电极宽度在πD/10-πD/3之间，预电离电极间距在0.5D和2D之间。
5.按权利要求1或2所述的激光器，其特征在于主放电和预电离放电采用同一个脉冲电源。
6.按权利要求1或2所述的激光器，其特征在于主放电和预电离放电分别采用各自的脉冲电源。
7.按权利要求1或2所述的激光器，其特征在于主电极和预电离电极之间串接电阻。
8.按权利要求1或2所述的激光器，其特征在于主电极和预电离电极之间串接电容。
全文摘要
一种横向脉冲预电离的纵向放电气体激光器，包括放电管31、高压电极33、接地电极34、冷却管35、全反射镜36和输出耦合镜37，横向脉冲预电离电极321和322相对地置于放电管31外围，上预电离电极321、下预电离电极322分别与脉冲发生器的高压端和低压端相连。本发明新型脉冲放电气体激光器工作电压较低，放电稳定性较好，电光转换效率较高，适用于CO
文档编号H01S3/038GK1391320SQ0111872
公开日2003年1月15日 申请日期2001年6月7日 优先权日2001年6月7日
发明者万重怡, 于延宁 申请人:中国科学院电子学研究所