专利名称：共腔放电同时引发密闭循环脉冲氧碘激光器及其输出方法
共腔放电同时弓1发密闭循环脉冲氧^#光器及其输出方法
默领域
本发明涉及一种激光器及利用其进行激光输出的方法，具体涉及一种放电引发的 化学激光器及禾,其进行共腔放电同时引发密闭循环脉冲氧碘激光输出的方法。 背景默
化学氧1 光器是目前波长最短的大能量化学激光器， 光波长为1.315pm， 由于其具有高功率，短波长和处于大气窗口的特点，同时较高的光纤耦合率与较低的 光纤传输损耗，适合光乡顿巨离传输，因此在国防和工处应用有广阔前景。但由于 化学反应的工作方式使其装置録、工作物质具有毒性、成本高，限制了化学氧M 光器在民用领域的应用。因此，研制结构简单紧凑、运行安全的放电弓l发的脉冲氧碘 激光器，会使氧鹏光器盼性能更好的发挥出来，SA工业、医疗及柳开应用领域，
使氧IM:光器从一种"特殊"的激光器变成一种"通用"的激光器，具有更重要的技
术进步作用。
放电氧 #光器的研究巳经取得了很大的发展，但众多的研究工作是分别集中在 如何提高放电引发的单态氧的产率和如何有效的解离分子碘上，这样做的目的是为了
改善现有大功率氧M光器的性能。而氧W:光器的市场化应用研究工作是不以激光 功率为重点的，主要还是在于装置的紧凑化、小型化、工作介质的无毒化、低成本上。
发明内容
本发明的目的是提供一种共腔放电同时引发密闭循环脉冲氧5典激光器及其输出 方法，使单态 暇子碘实现同腔放电引发、工作物质全部为气态且可以密闭循环， 并且通过短脉冲放电使有效 和快速散热统一起来，保证了激光器的正常工作。
本发明的共腔放电同时引发密闭循环脉冲氧M光器由储气腔、风机、冷却器、 放电腔、预电离针、储能腔、脉冲功率开关、高压触发器和高压谐振电源组成，储气 腔内设有冷却器和风机，储气腔的上部连接放电腔，放电腔内设有平行放电电极，呈 江氏型面，电极两侧设有预电离针，放电腔的前、后端分别设有输出窗和反射镜，储 能腔设置在放电腔之上，储能腔内设有储能电路，脉冲功率开关设置在储能腔的上部， 储能腔内的储能电路及脉冲功率开关的电源与高压谐振电源电连接，脉冲功率开关的 导通由高压触发器触发控制。
本发明的共腔放电同时引发密闭循环脉冲氧碘激光输出方法为在激光腔内同时充入激光工作介质CH3I、 02、惰性气体，控制充气总压力为3 100 Torr，其中 02:2 50Torr、 CH31:0.2 10Torr、惰性气体:0.5 90 Torr，气体比例控制在02: CH3I: 情性气体=0.2 0.5:0.01 0.2:0.79 03;气体密闭循环，通过高压脉冲横向放电激励， 在同一个放电腔内同时完成单态氧的弓l发和好碘的放电解离， 一步完成单态氧和原 子碘的产生、单态氧的能量转移、原子碘的激^S激光跃迁过程，实现激光输出。
本发明的共腔放电同时引发密闭循环脉冲氧 光器，是在激光腔内充入CH3I、 02及NO、 N2、 He(Ar、 Xe)等一定压力、 一定比例气体，气体密闭循环，通过高压 脉冲横向放电M)，在同一个放电腔内同时完成单态氧的弓像和分子碘的放电解离， 一步完成单态氧和原子碘的产生、单态氧的能量转移、原子碘的激，激光皿过程， 从而得到结构紧凑、成本低、无毒介质的中小功率放电引发脉冲氧鹏光器。
图1是本发明共腔放电同时引发密闭循环脉冲氧碘激光器的结构示意图。
具体实施例方式
具体实施方式
一如图1所示，本实施方式的共腔放电同时引发密闭循环脉冲 氧碘激光器由储气腔l、风机2、冷却器3、放电腔4、预电离针5、储能腔6、脉冲 功率开关7、高压触发器8和高胆皆振电源9组成，储气腔l内设有两组冷却器3和 Ml 2,形成激光气体循环与热交换系统；所述风机2为离心j^几或横流风机。储气 腔1的上部连接放电腔4，放电腔4内设两个平行放电电极，呈江氏型面，电极两侧 设有紫外光预电离针5两排。放电腔4的前、后端设有输出窗、反射镜，在放电腔4 之上安设有由高压陶瓷电容、电 件组成储能腔6，内充有绝缘油，储能腔6的上 部安设脉冲功率开关7，储能腔6内的储能电路及脉冲功率开关7的电源由高压谐振 电源9 (高压直流电源和L-C谐振电源)供给，脉冲功率开关7的触发脉冲由高压触 发器8跳
储气腔L储气腔l设计戯刚有加强筋内有支撑板的框架结构，椭圆形，不锈 钢材料。由于激光器主体组装后，对密封性能要求很高，而储气腔1又是与其他一些 器件连接密封的结合体，所以储气腔1的所有密封面均按高真空进行设计。
激光器的开关系统由两台轴流风机、脉冲功率开关7、热交换器、过滤器、油 冷系统组成。脉冲功率开关7为高功率旋转开关，它由一对固定电极和旋转电极组成 双间隙密闭循环系统，工作时两间隙间气体高，向密闭循环，快速带走高温等离子 体及其产生的热量，使间隙中气体绝^ffl速恢复。旋转电极轴通过磁耦合器与高速直 流电机相连。气体进出气口均用聚四氟乙烯管绝缘。接地传输线选用紫铜板。上下电丰M用高熔点的铈鸭材料。电极座采用导电性能良好的无氧铜，并与电极铆接，保证 接触良好。电极座与电极接触面滚花处理，提高导电、导热性。
储能放电腔由激发电路、电贮能元件与锐化电路元件(油浸)与上、下电极 和预电离电路组成。贮能元件与放电S空低电感联接一体化的系统，其电极间的可横向 流动工作气体在预电离后气体等离子阻抗骤降，再施加高压产生放电可激发工作气 体，并通过光對皆振腔进行振荡获得增益激光，从光学输出窗口单向辐射出激光。储 能放电腔 一共分成两部分， 一部分是储能腔6，另一部分是放电腔4，两部分是由
厚40mm的绝缘板隔离；储能腔6储能部分内装隔离电感、储能电容、锐化电容及 充电电感。放电腔4部分由上电极、下电极、预电离针及防爬电陶瓷波纹板组成，上 下电极是由不,材料做成，型面是由江氏电极型面演变而来，预电离针5在放电电 极两侧各1列，预电离针5间距20 30mm，由耐烧蚀电极材料制成，下电极直接与 放电S空箱体相连，为了防止上下电极变形，上下电极板均采用了钢性好的材料和相应 的厚度；上电极与电离针之间有陶瓷波纹板，预电离针5与箱体也有陶瓷波纹板，并 起导流作用，下电极也有导流板。
激光器的简单工作过程在高压触发器的控制下，旋转开关导通，在预电离机 构的作用下，使激光腔内气体的阻抗M下降，放电腔内的工作气体放电，形麟光 等离子体，引发单态氧并同时完成^ 碘的放电解离，单态氧和原子碘发生反应，将 单态氧的能量传递给原子碘，激发 原子发，迁，辐射激光。
具体实施方式
二本实施方式的共腔放电同时引发密闭循环脉冲氧碘激光输出 方法为在激光腔内同时充入激光工作介质CH31、 02、 N2 (NO) 、 He(Ar、 Xe)，控 制充气总压力为3 100 Torr，其中Oz: 2 50Toir、 CH31:0.2 10Torr、 N2 (NO) : 0.5 50Torr、 He(Ar、 Xe): 0.5 90 Toit，其中N2 (NO)气不是必须添加的，气体比例控 制在02: CH3I: He(Ar、 Xe)=0.2 0.5: 0.01 0.2: 0.79 0.3;气体密闭循环，通过高 压脉冲横向放电激励，在同一个放电腔内同时完成单态氧的弓l发和分子碘的放电解 离， 一步完成单态氧和原子碘的产生、单态氧的能量转移、原子碘的激錢激光跃迁 过程，实现激光输出。
本实施方式中，所述放电激励时间为纳秒数量级，可以为几百纳秒 几微秒。 放电电压为30 50KV。所述单态氧的引发和分子碘的放电解离，预电离过程也参与 单态氧的弓l发和好碘的放电解离。
权利要求
1. 共腔放电同时引发密闭循环脉冲氧碘激光器，其特征在于所述激光器由储气腔(1)、风机(2)、冷却器(3)、放电腔(4)、预电离针(5)、储能腔(6)、脉冲功率开关(7)、高压触发器(8)和高压谐振电源(9)组成，储气腔(1)内设有冷却器(3)和风机(2)，储气腔(1)的上部连接放电腔(4)，放电腔(4)内设有平行放电电极，呈江氏型面，电极两侧设有预电离针(5)，放电腔(4)的前、后端分别设有输出窗和反射镜，储能腔(6)设置在放电腔(4)之上，储能腔(6)内设有储能电路，脉冲功率开关(7)设置在储能腔(4)的上部，储能腔(6)内的储能电路及脉冲功率开关(7)的电源与高压谐振电源(9)电连接，脉冲功率开关(7)的导通由高压触发器(8)触发控制。
2、 根据权利要求1戶舰的共腔放电同时引发密闭循环脉冲氧5赚光器，其特征 在于戶腿储气腔(1)设计成外侧有加强筋内有支撑板的椭圆形框架结构。
3、 根据权利要求1戶舰的共腔放电同时引发密闭循环脉冲氧5赚光器，其特征在于所述戶;M脉冲功率开关(7)为高功率旋转开关。
4、 根据权利要求1所述的共腔放电同时引发密闭循环脉冲氧碘激光器，其特征 在于戶腿Ma (2)为离心j^几或横流风机。
5、 共腔放电同时引发密闭循环脉冲氧M光输出方法，其特征在于戶脱方法为: 在权利要求1所述共腔放电同时引发密闭循环脉冲氧石皿光器的激光腔内同时充入 激光工作介质CH31、 02、惰性气体，控制充气总压力为3 100Torr，其中02:2 50Toir、 CH3I:0.2 10Torr、惰性气休0.5 90 Torr，气体比例控制在02: CH3I:惰 性气体=0.2 0.5:0.01 0.2:0.79 0.3;气体密闭循环，通过高压脉冲横向放电激励， 在同一个放电腔内同时完成单态氧的弓l发和分子碘的放电解离， 一步完成单态氧和原 子碘的产生、单态氧的能量转移、原子碘的激^1激光跃迁过程，实现激光输出。
6、 根据权利要求5所述的共腔放电同时弓l发密闭循环脉冲氧5M光输出方法， 其特征在于所述放电激励时间为纳秒数量级。
7、 根据权利要求5所述的共腔放电同时弓1发密闭循环乐》冲氧石 光输出方法， 其特征在于所述单态氧的弓版和分子碘的放电解离，预电离过程也参与单态氧的弓拨 和iHF碘的放电解离。
全文摘要
共腔放电同时引发密闭循环脉冲氧碘激光器及其输出方法，涉及一种激光器及利用其进行激光输出的方法。本发明的激光器由储气腔(1)、风机(2)、冷却器(3)、放电腔(4)、预电离针(5)、储能腔(6)、脉冲功率开关(7)、高压触发器(8)和高压谐振电源(9)组成，在激光腔内充入CH<sub>3</sub>I、O<sub>2</sub>及NO、N<sub>2</sub>、He(Ar、Xe)等一定压力、一定比例气体，气体密闭循环，通过高压脉冲横向放电激励，在同一个放电腔内同时完成单态氧的引发和分子碘的放电解离，一步完成单态氧和原子碘的产生、单态氧的能量转移、原子碘的激发及激光跃迁过程，从而得到结构紧凑、成本低、无毒介质的中小功率放电引发脉冲氧碘激光器。
文档编号H01S3/00GK101295852SQ20081006454
公开日2008年10月29日 申请日期2008年5月19日 优先权日2008年5月19日
发明者姜宏伟, 彭鸿雁, 赵立新, 陈玉强 申请人:牡丹江师范学院