專利名稱：共腔放電同時引發密閉循環脈沖氧碘激光器及其輸出方法
共腔放電同時弓1發密閉循環脈沖氧^#光器及其輸出方法
默領域
本發明涉及一種激光器及利用其進行激光輸出的方法，具體涉及一種放電引發的 化學激光器及禾,其進行共腔放電同時引發密閉循環脈沖氧碘激光輸出的方法。 背景默
化學氧1 光器是目前波長最短的大能量化學激光器， 光波長為1.315pm， 由于其具有高功率，短波長和處于大氣窗口的特點，同時較高的光纖耦合率與較低的 光纖傳輸損耗，適合光鄉頓巨離傳輸，因此在國防和工處應用有廣闊前景。但由于 化學反應的工作方式使其裝置録、工作物質具有毒性、成本高，限制了化學氧M 光器在民用領域的應用。因此，研制結構簡單緊湊、運行安全的放電弓l發的脈沖氧碘 激光器，會使氧鵬光器盼性能更好的發揮出來，SA工業、醫療及柳開應用領域，
使氧IM:光器從一種"特殊"的激光器變成一種"通用"的激光器，具有更重要的技
術進步作用。
放電氧 #光器的研究巳經取得了很大的發展，但眾多的研究工作是分別集中在 如何提高放電引發的單態氧的產率和如何有效的解離分子碘上，這樣做的目的是為了
改善現有大功率氧M光器的性能。而氧W:光器的市場化應用研究工作是不以激光 功率為重點的，主要還是在于裝置的緊湊化、小型化、工作介質的無毒化、低成本上。
發明內容
本發明的目的是提供一種共腔放電同時引發密閉循環脈沖氧5典激光器及其輸出 方法，使單態 暇子碘實現同腔放電引發、工作物質全部為氣態且可以密閉循環， 并且通過短脈沖放電使有效 和快速散熱統一起來，保證了激光器的正常工作。
本發明的共腔放電同時引發密閉循環脈沖氧M光器由儲氣腔、風機、冷卻器、 放電腔、預電離針、儲能腔、脈沖功率開關、高壓觸發器和高壓諧振電源組成，儲氣 腔內設有冷卻器和風機，儲氣腔的上部連接放電腔，放電腔內設有平行放電電極，呈 江氏型面，電極兩側設有預電離針，放電腔的前、后端分別設有輸出窗和反射鏡，儲 能腔設置在放電腔之上，儲能腔內設有儲能電路，脈沖功率開關設置在儲能腔的上部， 儲能腔內的儲能電路及脈沖功率開關的電源與高壓諧振電源電連接，脈沖功率開關的 導通由高壓觸發器觸發控制。
本發明的共腔放電同時引發密閉循環脈沖氧碘激光輸出方法為在激光腔內同時充入激光工作介質CH3I、 02、惰性氣體，控制充氣總壓力為3 100 Torr，其中 02:2 50Torr、 CH31:0.2 10Torr、惰性氣體:0.5 90 Torr，氣體比例控制在02: CH3I: 情性氣體=0.2 0.5:0.01 0.2:0.79 03;氣體密閉循環，通過高壓脈沖橫向放電激勵， 在同一個放電腔內同時完成單態氧的弓l發和好碘的放電解離， 一步完成單態氧和原 子碘的產生、單態氧的能量轉移、原子碘的激^S激光躍遷過程，實現激光輸出。
本發明的共腔放電同時引發密閉循環脈沖氧 光器，是在激光腔內充入CH3I、 02及NO、 N2、 He(Ar、 Xe)等一定壓力、 一定比例氣體，氣體密閉循環，通過高壓 脈沖橫向放電M)，在同一個放電腔內同時完成單態氧的弓像和分子碘的放電解離， 一步完成單態氧和原子碘的產生、單態氧的能量轉移、原子碘的激，激光皿過程， 從而得到結構緊湊、成本低、無毒介質的中小功率放電引發脈沖氧鵬光器。
圖1是本發明共腔放電同時引發密閉循環脈沖氧碘激光器的結構示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一如圖1所示，本實施方式的共腔放電同時引發密閉循環脈沖 氧碘激光器由儲氣腔l、風機2、冷卻器3、放電腔4、預電離針5、儲能腔6、脈沖 功率開關7、高壓觸發器8和高膽皆振電源9組成，儲氣腔l內設有兩組冷卻器3和 Ml 2,形成激光氣體循環與熱交換系統；所述風機2為離心j^幾或橫流風機。儲氣 腔1的上部連接放電腔4，放電腔4內設兩個平行放電電極，呈江氏型面，電極兩側 設有紫外光預電離針5兩排。放電腔4的前、后端設有輸出窗、反射鏡，在放電腔4 之上安設有由高壓陶瓷電容、電 件組成儲能腔6，內充有絕緣油，儲能腔6的上 部安設脈沖功率開關7，儲能腔6內的儲能電路及脈沖功率開關7的電源由高壓諧振 電源9 (高壓直流電源和L-C諧振電源)供給，脈沖功率開關7的觸發脈沖由高壓觸 發器8跳
儲氣腔L儲氣腔l設計戯剛有加強筋內有支撐板的框架結構，橢圓形，不銹 鋼材料。由于激光器主體組裝后，對密封性能要求很高，而儲氣腔1又是與其他一些 器件連接密封的結合體，所以儲氣腔1的所有密封面均按高真空進行設計。
激光器的開關系統由兩臺軸流風機、脈沖功率開關7、熱交換器、過濾器、油 冷系統組成。脈沖功率開關7為高功率旋轉開關，它由一對固定電極和旋轉電極組成 雙間隙密閉循環系統，工作時兩間隙間氣體高，向密閉循環，快速帶走高溫等離子 體及其產生的熱量，使間隙中氣體絕^ffl速恢復。旋轉電極軸通過磁耦合器與高速直 流電機相連。氣體進出氣口均用聚四氟乙烯管絕緣。接地傳輸線選用紫銅板。上下電豐M用高熔點的鈰鴨材料。電極座采用導電性能良好的無氧銅，并與電極鉚接，保證 接觸良好。電極座與電極接觸面滾花處理，提高導電、導熱性。
儲能放電腔由激發電路、電貯能元件與銳化電路元件(油浸)與上、下電極 和預電離電路組成。貯能元件與放電S空低電感聯接一體化的系統，其電極間的可橫向 流動工作氣體在預電離后氣體等離子阻抗驟降，再施加高壓產生放電可激發工作氣 體，并通過光對皆振腔進行振蕩獲得增益激光，從光學輸出窗口單向輻射出激光。儲 能放電腔 一共分成兩部分， 一部分是儲能腔6，另一部分是放電腔4，兩部分是由
厚40mm的絕緣板隔離；儲能腔6儲能部分內裝隔離電感、儲能電容、銳化電容及 充電電感。放電腔4部分由上電極、下電極、預電離針及防爬電陶瓷波紋板組成，上 下電極是由不,材料做成，型面是由江氏電極型面演變而來，預電離針5在放電電 極兩側各1列，預電離針5間距20 30mm，由耐燒蝕電極材料制成，下電極直接與 放電S空箱體相連，為了防止上下電極變形，上下電極板均采用了鋼性好的材料和相應 的厚度；上電極與電離針之間有陶瓷波紋板，預電離針5與箱體也有陶瓷波紋板，并 起導流作用，下電極也有導流板。
激光器的簡單工作過程在高壓觸發器的控制下，旋轉開關導通，在預電離機 構的作用下，使激光腔內氣體的阻抗M下降，放電腔內的工作氣體放電，形麟光 等離子體，引發單態氧并同時完成^ 碘的放電解離，單態氧和原子碘發生反應，將 單態氧的能量傳遞給原子碘，激發 原子發，遷，輻射激光。
具體實施方式
二本實施方式的共腔放電同時引發密閉循環脈沖氧碘激光輸出 方法為在激光腔內同時充入激光工作介質CH31、 02、 N2 (NO) 、 He(Ar、 Xe)，控 制充氣總壓力為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)氣不是必須添加的，氣體比例控 制在02: CH3I: He(Ar、 Xe)=0.2 0.5: 0.01 0.2: 0.79 0.3;氣體密閉循環，通過高 壓脈沖橫向放電激勵，在同一個放電腔內同時完成單態氧的弓l發和分子碘的放電解 離， 一步完成單態氧和原子碘的產生、單態氧的能量轉移、原子碘的激錢激光躍遷 過程，實現激光輸出。
本實施方式中，所述放電激勵時間為納秒數量級，可以為幾百納秒 幾微秒。 放電電壓為30 50KV。所述單態氧的引發和分子碘的放電解離，預電離過程也參與 單態氧的弓l發和好碘的放電解離。
權利要求
1. 共腔放電同時引發密閉循環脈沖氧碘激光器，其特征在于所述激光器由儲氣腔(1)、風機(2)、冷卻器(3)、放電腔(4)、預電離針(5)、儲能腔(6)、脈沖功率開關(7)、高壓觸發器(8)和高壓諧振電源(9)組成，儲氣腔(1)內設有冷卻器(3)和風機(2)，儲氣腔(1)的上部連接放電腔(4)，放電腔(4)內設有平行放電電極，呈江氏型面，電極兩側設有預電離針(5)，放電腔(4)的前、后端分別設有輸出窗和反射鏡，儲能腔(6)設置在放電腔(4)之上，儲能腔(6)內設有儲能電路，脈沖功率開關(7)設置在儲能腔(4)的上部，儲能腔(6)內的儲能電路及脈沖功率開關(7)的電源與高壓諧振電源(9)電連接，脈沖功率開關(7)的導通由高壓觸發器(8)觸發控制。
2、 根據權利要求1戶艦的共腔放電同時引發密閉循環脈沖氧5賺光器，其特征 在于戶腿儲氣腔(1)設計成外側有加強筋內有支撐板的橢圓形框架結構。
3、 根據權利要求1戶艦的共腔放電同時引發密閉循環脈沖氧5賺光器，其特征在于所述戶;M脈沖功率開關(7)為高功率旋轉開關。
4、 根據權利要求1所述的共腔放電同時引發密閉循環脈沖氧碘激光器，其特征 在于戶腿Ma (2)為離心j^幾或橫流風機。
5、 共腔放電同時引發密閉循環脈沖氧M光輸出方法，其特征在于戶脫方法為: 在權利要求1所述共腔放電同時引發密閉循環脈沖氧石皿光器的激光腔內同時充入 激光工作介質CH31、 02、惰性氣體，控制充氣總壓力為3 100Torr，其中02:2 50Toir、 CH3I:0.2 10Torr、惰性氣休0.5 90 Torr，氣體比例控制在02: CH3I:惰 性氣體=0.2 0.5:0.01 0.2:0.79 0.3;氣體密閉循環，通過高壓脈沖橫向放電激勵， 在同一個放電腔內同時完成單態氧的弓l發和分子碘的放電解離， 一步完成單態氧和原 子碘的產生、單態氧的能量轉移、原子碘的激^1激光躍遷過程，實現激光輸出。
6、 根據權利要求5所述的共腔放電同時弓l發密閉循環脈沖氧5M光輸出方法， 其特征在于所述放電激勵時間為納秒數量級。
7、 根據權利要求5所述的共腔放電同時弓1發密閉循環樂》沖氧石 光輸出方法， 其特征在于所述單態氧的弓版和分子碘的放電解離，預電離過程也參與單態氧的弓撥 和iHF碘的放電解離。
全文摘要
共腔放電同時引發密閉循環脈沖氧碘激光器及其輸出方法，涉及一種激光器及利用其進行激光輸出的方法。本發明的激光器由儲氣腔(1)、風機(2)、冷卻器(3)、放電腔(4)、預電離針(5)、儲能腔(6)、脈沖功率開關(7)、高壓觸發器(8)和高壓諧振電源(9)組成，在激光腔內充入CH<sub>3</sub>I、O<sub>2</sub>及NO、N<sub>2</sub>、He(Ar、Xe)等一定壓力、一定比例氣體，氣體密閉循環，通過高壓脈沖橫向放電激勵，在同一個放電腔內同時完成單態氧的引發和分子碘的放電解離，一步完成單態氧和原子碘的產生、單態氧的能量轉移、原子碘的激發及激光躍遷過程，從而得到結構緊湊、成本低、無毒介質的中小功率放電引發脈沖氧碘激光器。
文檔編號H01S3/00GK101295852SQ20081006454
公開日2008年10月29日 申請日期2008年5月19日 優先權日2008年5月19日
發明者姜宏偉, 彭鴻雁, 趙立新, 陳玉強 申請人:牡丹江師范學院