專利名稱：用于氣體窗口的氣體快門的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種用于氣體窗口的氣體快門，可廣泛用于高功率、高強度的氣體激光器、氣體喇曼放大器等以氣體為工作介質的光學器件。
已有技術1．普遍采用的以氣體為介質的光學器件，多以固體光學材料做光學窗口，這種固體材料做成的光學窗口隨輸出光強的提高很容易發(fā)生光學損傷，同時這種光學材料價格昂貴，并且固體的光學窗口加工困難，費時費力。嚴重限制了這類光學器件特別是強光光學器件的發(fā)展和應用。
2．中國科學院上海光學精密機械研究所發(fā)明人樓祺洪等已研制出無固體窗口的喇曼散射管(申請?zhí)?7242931.1)，利用惰性氣體隔離帶代替固體光學窗口以實現(xiàn)高功率的激光輸出。但其中所采用的插板閥在穩(wěn)定性和可靠性方面需要進一步提高，以便減少對器件的擾動，達到更高的運轉重復率。
本實用新型的目的為克服上述已有技術中的缺點，消除固體材料的光學窗口因光學損傷而造成的輸出功率不能提高的限制，降低高昂的運轉成本，提高重復率。以及改善插板閥的穩(wěn)定性和可靠性，減小對器件的擾動，提供一種用于氣體窗口的氣體快門。
本實用新型的用于氣體窗口的氣體快門，其結構如圖1所。包括快門支架1，在快門支架1的候和縱向上分別開有兩個通孔2和3，通孔2和3的中心軸線相互垂直且在同一水平面上。通孔2用于輸入和輸出激光光束的通光窗口，通孔3用于更換快門主體5中的隔離氣體。快門支架1縱向中間位置上有一個圓筒分枝4，圓筒分枝4的中心軸線垂直于通孔2和通孔3中心軸線所構成的水平面，并且圓筒分枝4的中心軸線穿過通孔2與通孔3中心軸線的交點。圓筒分枝4用于支承快門主體5?？扉T主體5由外徑和圓筒分枝4內(nèi)徑相等的圓筒構成，快門主體5置于圓筒分枝4內(nèi)，快門主體5在與通孔2和3距底面等高部位處開有一通孔6。圓筒分枝4與快門主體5密配合，在快門工作于換氣狀態(tài)時對所應用的光學器件中的光學氣體介質進行密封。裝于快門主體5頂端的齒輪7與步進電機9上的驅動齒輪8相配，由步進電機9驅動快門主體5旋轉，當快門主體5上的通孔6與快門支架1上的通孔2重合時，快門主體5內(nèi)的惰性氣體隔離帶阻斷通過快門支架1內(nèi)的光學氣體介質與外部大氣的對流，同時讓出激光束的輸出輸入路徑，此時，惰性氣體隔離帶便成氣體窗口；當快門主體5上的通孔6與快門支架1的通孔3重合時，快門主體5一方面阻斷光學氣體介質的擴散，另一方面由與通孔3連接帶有貯氣瓶11的換氣閥10打開對快門主體5內(nèi)的惰性氣體進行換氣。換氣與通光過程交替完成，實現(xiàn)快門打開和關閉的重復運轉。
將上述結構的氣體快門用于具體的激光系統(tǒng)時，其結構框圖示于圖2，步進電機9的驅動齒輪8驅動快門主體5上的齒輪7，帶動快門主體5旋轉。步進電機9與外部電源或激光器的觸發(fā)器12同步，當與觸發(fā)器12連接的激光器13受激發(fā)光時，觸發(fā)器12同時觸動步進電機9帶動快門主體5旋轉，使通孔6與通孔2重合，即為快門打開，快門主體5內(nèi)的惰性氣體隔離帶阻斷激光器13內(nèi)的光學氣體介質與外部大氣的對流，同時讓出激光束的輸出輸入路徑。當光學氣體介質受激發(fā)光完畢后，步進電機9帶動快門主體5旋轉到使通孔6與通孔3重合，為快門關閉，快門主體5一方面阻斷光學氣體介質的擴散，一方面經(jīng)由通孔3對快門主體5內(nèi)的惰性氣體進行換氣。換氣時氣體流動的方向選取右手坐標系，即當快門主體5的旋轉方向選Z軸方向(從上向下看為逆時針旋轉)光學氣體介質與大氣的密度梯度(由低到高)方向為Y軸方向，則氣體流動的方向應取為X方向。采取這種換氣方向，可以利用換氣時的氣體流動剩余動能，抵銷部分由于密度梯度所引起的氣體流動，增加氣體的穩(wěn)定性。
對于快門主體5內(nèi)的惰性氣體，應選取以兩種或幾種惰性氣體所組成的混合氣體，混合氣體的密度等于空氣的密度，折射率在所用波段與空氣相近。這樣可以最大限度的降低氣體的對流，以及因空氣微擾對激光光束質量的影響。
本實用新型的優(yōu)點采用本實用新型氣體快門的氣體窗口取代光學器件的固體光學窗口，可以有效避免由于高功率、高強度的激光輸出對昂貴的固體光學窗口的光學損傷，擴展此類光學器件的輸出范圍，提高運轉重復率，大幅度降低運行成本，有利于此類光學器件特別是強光光學器件的應用和發(fā)展。
用于氣體窗口的氣體快門在操作性和可靠性方面有較大提高，容易操作而且穩(wěn)定可靠。對使用它的光學器件振動小，對光學氣體介質的隔離性擾動更小。而且結構簡單，加工方便，成本低廉，可以廣泛應用于以氣體為工作物質的光學器件上。
圖1，本實用新型的用于氣體窗口的氣體快門的結構分解示意圖。
圖2，本實用新型用于激光系統(tǒng)中的氣體快門的結構示意圖。
圖3，實施例中的結構示意圖。
實施例
如圖3所示，以氫氣等組成的混合氣體為激光喇曼工作介質的喇曼放大器14，將兩只如圖1結構的本實用新型的用于氣體窗口的氣體快門15和16裝于放大器14的兩端，激光器17的觸發(fā)信號經(jīng)驅動電路18驅動氣體快門主體5旋轉，轉速為每秒10轉，快門主體5的通孔6的直徑也就是它的通光口徑為15cm，快門支架1的通孔3的口徑也就是換氣口徑為10cm，快門支架1通孔2的直徑為25cm，快門支架1的長25cm，壁厚7cm?？扉T主體5內(nèi)充以63％氬，47％氦氣，壓強為0.1MPa。氣體比例的計算公式為當快門主體5內(nèi)的氣體密度與空氣一致時ρair=ΣiMiρi-------------(1)]]>ΣiMi=1]]>其中ρ為快門主體5氣體密度空氣密度ρair=1.293(kg/m3)，氬氣密度ρAr=1.7837(kg/m3)，氪氣密度ρKr=3.214(kg/m3)。Mi為各氣體的壓力百分比。
當快門主體5內(nèi)氣體的折射率與空氣折射率一致時(n2-1)(n2+2)=ΣiRiMi-------------(2)]]>Mi為各氣體成分的壓力百分比，Ri為相應的氣體等效折射率，其換算公式為R=(n-1)×107，n為混合氣體的折射率，應等于空氣的折射率為1.0002907，氬氣為1.0002810，氪氣為1.0006234。
用以上結構的氣體快門，獲得了高功率下的喇曼輸出，有較好的光束質量。(以上各氣體參數(shù)以具體所用的光學器件為基準，需作相應改動)。
權利要求1．一種用于氣體窗口的氣體快門，含有帶驅動齒輪(8)的步進電機(9)，快門主體(5)內(nèi)充有惰性氣體和帶有換氣閥(10)的貯氣瓶(11)，其特征在于具體結構是<1>一縱向和橫向分別有通孔(2)和(3)的快門支架(1)，通孔(2)和通孔(3)的中心軸線相互垂直并在同一水平面上；<2>快門支架(1)縱向中間位置上有一個圓筒分枝(4)，圓筒分枝(4)的中心軸線穿過通孔(2)和(3)兩中心軸線的交點并垂直于兩通孔(2)、(3)中心軸線構成的水平面；<3>置于圓筒分枝(4)內(nèi)有由圓筒構成的內(nèi)充有惰性氣體的快門主體(5)，快門主體(5)在與通孔(2)和(3)距底面等高位處開有一通孔(6)，快門主體(5)的頂端有齒輪(7)與步進電機(9)上的驅動齒輪(8)相配；<4>快門支架(1)上的通孔(3)與帶有貯氣瓶(11)的換氣閥(10)相連接。
2．根據(jù)權利要求1的氣體快門，其特征在于置于圓筒分枝(4)內(nèi)的快門主體(5)與圓筒分枝(4)是密配合，即快門主體(5)的外徑等于圓筒分枝(4)的內(nèi)徑。
專利摘要一種用于氣體窗口的氣體快門，含有縱向和橫向各有一通孔的快門支架，在快門支架上的圓筒分枝內(nèi)置有快門主體，快門主體頂端有與步進電機上驅動齒輪相配的齒輪，帶動快門主體轉動。當快門主體上的通孔與快門支架縱向通孔重合時，即為快門打開。當快門主體上的通孔與快門支架上橫向通孔重合時，快門主體內(nèi)的惰性氣體通過帶有貯氣瓶的換氣閥換氣。它具有結構簡單，操作容易，穩(wěn)定可靠的特點，可以廣泛用于以氣體作為工作介質的光學器件上。
文檔編號H01S3/034GK2337696SQ9822368
公開日1999年9月8日 申請日期1998年4月9日 優(yōu)先權日1998年4月9日
發(fā)明者樓祺洪, 徐劍秋, 董景星, 魏運榮 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所