專利名稱：高功率tea氣體激光器環(huán)形諧振激光腔的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于TEA氣體激光器領域，特別是涉及高功率TEA氣體激光器一種新型激 光諧振腔。
背景技術：
高功率TEA氣體激光器在軍事領域、工業(yè)加工、新材料領域及核物理領域具有廣闊的應用前景，對于各個領域高功率激光器的研制都有提高功率、減小體積和模塊化設計 要求，但是受電光轉(zhuǎn)換效率的限制，提高激光器功率就需增大放電體積，同時增大了激光器 體積，不利于激光器的小型化和工程化，特別是在車載或機載應用條件下更要求激光器具 有體積小、重量輕、維修方便等特點；而國內(nèi)現(xiàn)有的高功率TEA氣體激光器光學諧振腔多采 用單對電極放電、一對鏡片諧振輸出激光的結(jié)構方式，為了提高激光功率還有采用串接方 式增大放電體積，都不利于提高激光器功率或減小激光器體積；為了滿足應用需求，本發(fā)明 在不增加整機體積的情況下提高輸出激光功率，同時實現(xiàn)模塊化設計，便于維護及檢修，使 更高功率TEA氣體激光器實現(xiàn)小型化、工程化成為可能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決高功率TEA氣體激光器在提高激光輸出功率時必須增 加激光器整機體積，無法實現(xiàn)小型化的難題，設計一種適用于高功率TEA氣體激光器的環(huán) 形諧振激光腔。本發(fā)明高功率TEA氣體激光器環(huán)形諧振激光腔的結(jié)構如圖1所示，包括激光輸出 鏡1、激光反射鏡2、儲能放電腔模塊a3、直角轉(zhuǎn)鏡a4、儲能放電腔模塊b5、直角轉(zhuǎn)鏡b6、儲 能放電腔模塊c7、直角轉(zhuǎn)鏡c8、儲能放電腔模塊d9、殼體10、下導流板11、上導流板12、軸 流壓氣機13、板翅換熱器14。各部分的連接關系環(huán)形諧振激光腔既是將四個儲能放電腔模塊a3、b5、c7、d9安 裝在一個方形激光器殼體10的四邊，保證四個儲能放電模塊中的放電電極互相垂直，放電 電極間距相同；通過固定法蘭18與激光器殼體10固定和密封，激光器殼體10的四角安裝 有光學諧振鏡片，其中一個角的兩邊安裝有激光輸出鏡1和激光反射鏡2，其它三個角分別 安裝轉(zhuǎn)鏡a4、b6、c8，確保四路儲能放電腔模塊的放電電極的軸心與諧振腔光軸重合，形成 一個環(huán)形的放電、諧振、激光放大輸出的激光腔。所述儲能放電腔模塊a3、b5、c7、d9是相同結(jié)構并可實現(xiàn)完全互換，該儲能放電腔 模塊結(jié)構如圖3所示，包括下電極板15、下電極16、上電極17、固定法蘭18、儲能箱19、電極 支撐端板20。儲能放電腔模塊各部分的連接關系下電極16通過螺絲與下電極板15連接固定， 下電極板15與電極支撐端板20用螺絲固定，電極支撐端板20焊接在固定法蘭18上，上電 極17粘接固定在儲能箱19下面的絕緣板上，并且與儲能箱19內(nèi)部的儲能原件連接，固定 法蘭18焊接在儲能箱19上，固定法蘭18用螺栓將四個儲能放電模塊固定在殼體10上。
所述的環(huán)形諧振激光腔既是將四個儲能放電腔模塊安裝在一個方形激光器殼體的四邊，通過固定法蘭與激光器殼體固定和密封，激光器殼體的四角安裝有光學諧振鏡片， 其中一個角的兩邊安裝有激光輸出鏡和激光反射鏡，其它三個角分別安裝一個轉(zhuǎn)鏡，轉(zhuǎn)鏡 具有調(diào)整功能，確保四路儲能放電腔模塊的放電電極的軸心與諧振腔光軸重合，形成一個 環(huán)形的放電、諧振、激光放大輸出的結(jié)構，激光器殼體內(nèi)部中心安裝有大流量、高效率軸流 壓氣機和高效板翅式換熱器為其循環(huán)和散熱，再配合流線型設計的低風阻密閉流道，可真 正實現(xiàn)激光器的高功率、小體積、模塊化。環(huán)形諧振激光腔裝配時首先保證四個儲能放電模塊中的放電電極互相垂直，放電電極間距相同；其次是調(diào)整三個直角轉(zhuǎn)鏡，使四個儲能放電模塊的放電區(qū)軸心互相重合，這 樣可使激光諧振、放大、輸出功率達到最佳狀態(tài)；然后調(diào)整激光反射鏡使其垂直光軸；最后 調(diào)整激光輸出鏡使其垂直光軸，然后將所有鏡片鎖定，使其在工作中不發(fā)生失穩(wěn)，此時，整 個諧振光路完成調(diào)整。激光器工作時，四個儲能放電模塊同時工作，工作氣體受激發(fā)后釋放光子，光子在 激光反射鏡、三個直角轉(zhuǎn)鏡、激光輸出鏡之間諧振放大，通過激光輸出鏡發(fā)射激光，軸流壓 氣機使工作介質(zhì)在放電區(qū)橫向高速流動，將每次放電后的氣體更換為新鮮氣體，而放電后 的氣體循環(huán)到板翅換熱器進行冷卻，將放電后的余熱散掉，保持放電區(qū)的工作氣體為最佳 溫度，實現(xiàn)激光器可長時間穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。本發(fā)明的有益效果環(huán)形諧振激光腔具有放電激勵體積大，輸出功率高，光束質(zhì)量 好，設備體積小和維護簡單方便等優(yōu)點；通過采用這種環(huán)形結(jié)構可有效地利用了設備空間， 減小了設備體積，同時提高了工作效率；通過采用環(huán)形諧振結(jié)構可有效地壓縮了光束發(fā)散 角，提高了輸出激光的光束質(zhì)量；通過采用模塊化設計使其裝配簡單、維修方便，更有利于 滿足工程化要求。


圖1是高功率TEA氣體激光器環(huán)形諧振腔裝置主結(jié)構示意2是高功率TEA氣體激光器環(huán)形諧振腔裝置側(cè)結(jié)構示意3是本發(fā)明裝置中儲能放電腔模塊結(jié)構示意圖
具體實施方案本發(fā)明的高功率TEA氣體激光器環(huán)形諧振激光腔如圖1所示，包括激光輸出鏡1、 激光反射鏡2、儲能放電腔模塊a3、直角轉(zhuǎn)鏡a4、儲能放電腔模塊b5、直角轉(zhuǎn)鏡b6、儲能放電 腔模塊c7、直角轉(zhuǎn)鏡c8、儲能放電腔模塊d9、殼體10、下導流板11、上導流板12、軸流壓氣 機13、板翅換熱器14。其中，儲能放電腔模塊a、b、c、d是相同結(jié)構并可實現(xiàn)完全互換，其 結(jié)構如圖4所示，包括下電極板15、下電極16、上電極17、固定法蘭18、儲能箱19、電極支撐 端板20。所述的激光輸出鏡1是由兩個鏡片壓蓋和一個輸出鏡片組成，輸出鏡片為平面透 反鏡片。夾在兩個鏡片壓蓋中間，輸出鏡片兩邊有橡膠密封圈，一是密封，二是防止將鏡片 壓碎，鏡片壓蓋用螺絲固定在殼體10上，鏡片壓蓋與殼體10之間安裝有橡膠密封圈，是激 光器輸出激光的部位。
所述的激光反射鏡2與激光輸出鏡1結(jié)構類似，只是鏡片不同，是兩個鏡片壓蓋夾 一個球面全反鏡片，用螺絲固定在殼體10上，各連接之間均有橡膠密封圈。所述的儲能放電腔模塊a3、b5、c7、d9為相同部件，是激光器的放電激勵部件，是 激光器輸出激光的能量來源，其結(jié)構包括下電極板15、下電極16、上電極17、固定法蘭18、 儲能箱19、電極支撐端板20 ；下電極16通過螺絲與下電極板15連接固定，下電極板15與 電極支撐端板20用螺絲固定，電極支撐端板20是焊接在固定法蘭18上，上電極17是粘接 固定在儲能箱19下面的絕緣板上，并且與儲能箱19內(nèi)部的儲能原件連接，固定法蘭18是 焊接在儲能箱19上，固定法蘭18用螺栓將儲能放電模塊a3、b5、c7、d9固定在殼體10上。所述的直角轉(zhuǎn)鏡a4、b6、c8為相同結(jié)構，是一個平面反射鏡及調(diào)整裝置，直角轉(zhuǎn)鏡 a4、b6、c8模塊分別固定在殼體10的三個角上，并且有橡膠密封圈密封，固定后可在外面實 施鏡片調(diào)整，確保四路放電模塊的中心在同一光軸上。所述的殼體10為不銹鋼焊接的方形箱體結(jié)構，內(nèi)部焊接有導流板及風機固定架 等，在殼體10的上部開有四個長方口，是安裝固定儲能放電模塊的，在四個角上分別安裝 有三個直角轉(zhuǎn)鏡a4、b6、c8、激光輸出鏡1和激光反射鏡2，殼體10為密封裝置，可抽真空 或充入工作氣體，殼體10內(nèi)部中間安裝有軸流壓氣機13，是用來清洗放電區(qū)放電后的不良 氣體，在軸流壓氣機下面裝有板翅換熱器14，是將放電后的熱氣體進行冷卻，在軸流壓氣機 13和板翅換熱器14外邊安裝有上導流板12和下導流板11，均為螺絲固定，起到導流和降 低風阻的作用。本發(fā)明采用四周放電、橫向激勵、環(huán)形諧振結(jié)構，在不增加激光器整體體積的情況 下可增大有效放電激勵體積，實現(xiàn)大功率激光輸出，是高功率TEA氣體激光器實現(xiàn)小型化 和工程化的理想方案，解決了高功率TEA氣體激光器不易實現(xiàn)體積小、重量輕的難題。本發(fā) 明具有體積小、重量輕、結(jié)構緊湊、安裝方便等優(yōu)點，可實現(xiàn)快速檢修，模塊更換，激光光軸 調(diào)整方便，是國防、工業(yè)及材料用高功率TEA激光器實現(xiàn)大功率激光穩(wěn)定輸出的最佳結(jié)構 方案。
權利要求
高功率TEA氣體激光器環(huán)形諧振激光腔，其特征在于該環(huán)形諧振激光腔采用四周放電、橫向激勵、環(huán)形諧振結(jié)構，包括激光輸出鏡(1)、激光反射鏡(2)、儲能放電腔模塊(a3)、直角轉(zhuǎn)鏡(a4)、儲能放電腔模塊(b5)、直角轉(zhuǎn)鏡(b6)、儲能放電腔模塊(c7)、直角轉(zhuǎn)鏡(c8)、儲能放電腔模塊(d9)、殼體(10)、下導流板(11)、上導流板(12)、軸流壓氣機(13)、板翅換熱器(14)；各部分的連接關系環(huán)形諧振激光腔既是將四個儲能放電腔模塊(a3)、(b5)、(c7)、(d9)安裝在一個方形激光器殼體(10)的四邊，保證四個儲能放電模塊中的放電電極互相垂直，放電電極間距相同；通過固定法蘭(18)與激光器殼體(10)固定和密封，激光器殼體(10)的四角安裝有光學諧振鏡片，其中一個角的兩邊安裝有激光輸出鏡(1)和激光反射鏡(2)，其它三個角分別安裝轉(zhuǎn)鏡(a4)、(b6)、(c8)，確保四路儲能放電腔模塊的放電電極的軸心與諧振腔光軸重合，形成一個環(huán)形的放電、諧振、激光放大輸出的激光腔。
2.根據(jù)權利要求1所述的高功率TEA氣體激光器環(huán)形諧振激光腔，其特征在于所述 儲能放電腔模塊結(jié)構包括下電極板(15)、下電極(16)、上電極(17)、固定法蘭(18)、儲能箱 (19)、電極支撐端板(20)；各部分位置和連接關系下電極(16)通過螺絲與下電極板(15)連接固定，下電極板 (15)與電極支撐端板(20)用螺絲固定，電極支撐端板(20)焊接在固定法蘭(18)上，上電 極(17)粘接固定在儲能箱(19)下面的絕緣板上，并且與儲能箱(19)內(nèi)部的儲能原件連 接，固定法蘭(18)焊接在儲能箱(19)上，固定法蘭(18)用螺栓將四個儲能放電模塊固定 在殼體(10)上。儲能放電腔模塊(a3)、(b5)、(c7)、(d9)是相同結(jié)構并可實現(xiàn)完全互換。
3.根據(jù)權利要求1所述的高功率TEA氣體激光器環(huán)形諧振激光腔，其特征在于所 述激光輸出鏡(1)是由兩個鏡片壓蓋和一個輸出鏡片組成，輸出鏡片夾在兩個鏡片壓蓋 中間，輸出鏡片兩邊有橡膠密封圈，鏡片壓蓋用螺絲固定在殼體(10)上，鏡片壓蓋與殼體 (10)之間安裝有橡膠密封圈，是激光器輸出激光的部位，激光輸出鏡(1)為平面透反鏡片。
4.根據(jù)權利要求1所述的高功率TEA氣體激光器環(huán)形諧振激光腔，其特征在于所述 激光反射鏡(2)也是兩個鏡片壓蓋夾一個發(fā)射鏡片，用螺絲固定在殼體(10)上，各連接之 間均有橡膠密封圈，激光反射鏡(2)為球面全反鏡。
5.根據(jù)權利要求1所述的高功率TEA氣體激光器環(huán)形諧振激光腔，其特征在于所 述直角轉(zhuǎn)鏡(a4)、(b6)、(c8)為相同結(jié)構，是一個平面反射鏡和調(diào)整裝置，三個直角轉(zhuǎn)鏡 (a4)、(b6)、(c8)分別固定在殼體(10)的三個角上，并且有橡膠密封圈密封，固定后可在外 面實施鏡片調(diào)整，確保四路放電模塊的中心在同一光軸上。
6.根據(jù)權利要求1所述的高功率TEA氣體激光器環(huán)形諧振激光腔，其特征在于所述 殼體(10)為不銹鋼焊接的方形箱體結(jié)構，上部開有四個長方口，分別安裝四個儲能放電腔 模塊，在殼體的四個角分別安裝有三個直角轉(zhuǎn)鏡(a4)、(b6)、(c8)以及激光輸出鏡(1)和激 光反射鏡(2)；殼體(10)為密封裝置，可抽真空或充入工作氣體，殼體(10)內(nèi)部中間安裝 有軸流壓氣機(13)，在軸流壓氣機下面裝有板翅換熱器(14)，在軸流壓氣機(13)和板翅換 熱器(14)外邊安裝有上導流板(12)和下導流板(11)，均為螺絲固定，起到導流和降低風阻 的作用。
全文摘要
高功率TEA氣體激光器環(huán)形諧振激光腔，屬于TEA氣體激光器技術領域。該環(huán)形諧振激光腔包括激光輸出鏡、激光反射鏡、四個儲能放電腔模塊、三個直角轉(zhuǎn)鏡、殼體、上、導流板、下導流板、軸流壓氣機、板翅換熱器。其中，四個儲能放電腔模塊是相同結(jié)構并可完全互換，分別安裝在一個方形殼體的四邊，保證四個儲能放電模塊中的放電電極互相垂直，放電電極間距相同，電極的軸心與諧振腔光軸重合；通過固定法蘭與激光器殼體固定和密封，激光器殼體的一個角的兩邊安裝有激光輸出鏡和激光反射鏡，其它三個角分別安裝轉(zhuǎn)鏡，形成一個環(huán)形的放電、諧振、激光放大輸出的激光腔。本發(fā)明具有放電激勵體積大，輸出功率高，光束質(zhì)量好，設備體積小和維護簡單方便等優(yōu)點。
文檔編號H01S3/23GK101807772SQ20101014362
公開日2010年8月18日 申請日期2010年4月12日 優(yōu)先權日2010年4月12日
發(fā)明者李殿軍, 楊貴龍, 謝冀江, 邵春雷, 郭勁 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所