專利名稱：大功率連續(xù)波dcn激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種電激勵遠(yuǎn)紅外激光器，更具體說是一種大功率連續(xù)波DCN激光器。
背景技術(shù)：
電子密度是核聚變等離子體的重要參數(shù)之一。隨著高溫等離子體物理和診斷研究的不斷深入，遠(yuǎn)紅外激光診斷及其相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，在托卡馬克或其它一些聚變裝置的診斷中，用遠(yuǎn)紅外激光干涉儀測量等離子體電子密度時(shí)空分布已成為一種常規(guī)而不可缺少的重要手段?，F(xiàn)在，HT-7超導(dǎo)托卡馬克裝置的放電參數(shù)有了很大的提高，國家大科學(xué)工程EAST超導(dǎo)托卡馬克即將建成，需要更為可靠的等離子體電子密度的測量?，F(xiàn)有的直流電激勵輝光放電激勵的HCN激光器已不能滿足要求，必須研制出滿足實(shí)驗(yàn)要求的直流電激勵輝光放電激勵的大功率連續(xù)波DCN激光器作為遠(yuǎn)紅外激光干涉儀的光源。
目前遠(yuǎn)紅外激光器從激勵方式上可分為三類光泵遠(yuǎn)紅外激光器，射頻激勵遠(yuǎn)紅外激光器和輝光放電激勵遠(yuǎn)紅外激光器。直流電激勵輝光放電激勵的激光器是由英國的Gebbie于1964年首次制成的，用于等離子體診斷的是連續(xù)功率激光器，其工作物質(zhì)有HCN，DCN，H2O，D2O，CH3CN等。目前廣泛使用的是λ＝337μm的HCN激光器和λ＝195μm的DCN激光器。對于不同的放電管長度，337μm的激光輸出功率在幾十毫瓦到幾百毫瓦之間。就DCN激光器而言，在200μm附近有四條譜線189.9，190.0，194.7，194.76，對于不同的放電管長度，λ＝195μm左右的DCN激光器輸出功率可達(dá)200-500mw。在美國TEXTOX和我所的HT-6B、HT-6M和HT-7托卡馬克上，用于遠(yuǎn)紅外激光干涉儀的光源就是λ＝337μm，連續(xù)輸出、空心圓柱介質(zhì)HCN波導(dǎo)遠(yuǎn)紅外激光器。目前，隨著高溫等離子體物理和診斷研究的不斷深入，參數(shù)不斷提高，世界上很多聚變裝置上都采用了DCN激光器作為遠(yuǎn)紅外激光干涉儀的光源。
從國內(nèi)的研究情況看，遠(yuǎn)紅外激光干涉儀的發(fā)展也是比較快的，在采用電激勵遠(yuǎn)紅外激光器測量托卡馬克等離子體電子密度方面，技術(shù)較成熟。1981年中國科學(xué)院等離子體物理研究所和中國科學(xué)院物理研究所合作研制出了我國第一臺單道遠(yuǎn)紅外激光干涉儀，85年中國科學(xué)院等離子體物理研究所又在國內(nèi)首次研制成了七道遠(yuǎn)紅外激光干涉儀，用于測量HT-6M托卡馬克等離子體電子密度分布，國內(nèi)同類型的專用多道干涉儀還有西南物理研究院用于HL-1裝置上的六道遠(yuǎn)紅外激光干涉儀，在中國科技大學(xué)KT-5C托卡馬克上也有三道遠(yuǎn)紅外激光干涉儀。這些干涉儀的光源均為波長為337μm的電激勵的波導(dǎo)HCN激光器，和國外技術(shù)相比，存在比較大的差距。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種大功率連續(xù)波DCN激光器，為即將建成的EAST超導(dǎo)托卡馬克提供可靠的等離子體電子密度測量奠定基礎(chǔ)。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下大功率連續(xù)波DCN激光器，包括有放電管，陽極，陰極，放電管上有抽真空接口與進(jìn)氣接口，放電管安裝有支架上，其特征在于所述的放電管外有油冷卻夾套，陽極與陰極安裝在位于放電管兩端且與放電管側(cè)壁聯(lián)通的玻璃管內(nèi)，其諧振腔為波導(dǎo)型諧振腔，采用平面腔形式，放電管的陰極端安裝有鍍金或鍍鋁的平面反射鏡，陽極端安裝有金屬鎳絲網(wǎng)，金屬鎳絲網(wǎng)的前端平行安裝有鎢絲，其正極端放電管激光輸出窗口采用X切石英片密封，其工作介質(zhì)為氘化甲烷、氮?dú)?、和氘氣或氦氣的混合氣體。
所述的正極和負(fù)極采用黃銅材料，內(nèi)襯低濺射率的稀有金屬或其化合物，陰極外的玻璃管外安裝有冷卻水夾套。
述的金屬鎳絲網(wǎng)的前端5mm處平行安裝有有五根直徑為5um的鎢絲。
平面反射鏡支撐架通過波紋管與螺旋測微器相連接，可以調(diào)節(jié)螺旋測微器來調(diào)節(jié)激光共振腔的長度。
石英片是一種雙折射的光學(xué)晶體，它有一根光軸，稱為Z軸，X切石英片是指沿光軸垂直方向的X軸切割加工石英片。
根據(jù)激光器窗口的大小來安排鎢絲數(shù)量，五根鎢絲既能使激光輸出為線偏振光，同時(shí)也使激光輸出損失最小。
平面反射鏡可以采用鍍鋁的反射鏡，其反射率稍微小一點(diǎn)。
因?yàn)榧す馄鞯年帢O會遭受離子轟擊，為了延長陰極壽命，所以其內(nèi)襯要用低濺射率的稀有金屬或其化合物。如鉭或六硼化鑭。
四根因瓦合金棒和四塊環(huán)氧板共同組成激光器支架。
本發(fā)明激光器，主要技術(shù)指標(biāo)1、λ＝194.7μm輸出功率約150mw。
2、可連續(xù)、穩(wěn)定工作168小時(shí)。
為即將建成的EAST超導(dǎo)托卡馬克提供可靠的等離子體電子密度測量奠定基礎(chǔ)。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
這是一臺直流電激勵連續(xù)輝光放電的大功率波導(dǎo)型遠(yuǎn)紅外DCN激光器。它由以下部分組成①放電管1材料為17#玻璃，內(nèi)徑48mm，外徑54mm，長3.4m，放電長度為3m。放電管1外面裝有油冷卻夾套2，夾套內(nèi)灌201#甲基硅油，油溫由超級恒溫器控制。②電極輝光放電的陰極4、陽電極6用黃銅或其他材料做成，內(nèi)襯有低濺射率的稀有金屬或其化合物，其中在陰極4外考慮裝水循環(huán)冷卻夾套5。為了延長放電管1的壽命，將陰極4通過一個過渡的玻璃管與放電管1相接。③電源一臺20KVA高壓恒流源，輸出電流在0.5-2.0A范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，輸出電壓在2.5KV-7KV內(nèi)變化。④諧振腔DCN激光器的諧振腔為波導(dǎo)型諧振腔，采用了平面腔形式。腔的一端是鍍金的平面反射鏡7，玻璃基底，用千分尺調(diào)節(jié)反射鏡7的水平位移，用螺釘調(diào)節(jié)其角度，以得到所需的激光模式和穩(wěn)定、理想的激光輸出功率。腔的另一端用金屬鎳網(wǎng)8作耦合輸出。在金屬鎳網(wǎng)8前5mm處平行地安裝五根直徑50μm的鎢絲9，這樣就可以得到線偏振的激光輸出，偏振方向垂直于鎢絲。輸出窗口由X切石英片10密封。用四根直徑25mm的因瓦合金11將激光管緊緊地連成一體，這樣激光器具有一定的熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性。⑤真空系統(tǒng)一臺2XZ-4型旋片式真空泵通過一個玻璃緩沖瓶與放電管1上抽真空接口11相接，其極限真空度可達(dá)5Pa。工作氣體或清洗氣體由多路流量計(jì)控制通過充氣接口3進(jìn)入放電管1。⑥D(zhuǎn)CN激光器工作物質(zhì)為氘化甲烷、氮?dú)夂碗畾?或氦氣)的混合氣體。
主要技術(shù)指標(biāo)λ＝194.7μm輸出功率約150mw；可連續(xù)、穩(wěn)定工作168小時(shí)。
權(quán)利要求
1.大功率連續(xù)波DCN激光器，包括有放電管，陽極，陰極，放電管上有抽真空接口與進(jìn)氣接口，放電管安裝有支架上，其特征在于所述的放電管外有油冷卻夾套，陽極與陰極安裝在位于放電管兩端且與放電管側(cè)壁聯(lián)通的玻璃管內(nèi)，其諧振腔為波導(dǎo)型諧振腔，采用平面腔形式，放電管的陰極端安裝有鍍金或鍍鋁的平面反射鏡，陽極端安裝有金屬鎳絲網(wǎng)，金屬鎳絲網(wǎng)的前端平行安裝有鎢絲，其正極端放電管激光輸出窗口采用X切石英片密封，其工作介質(zhì)為氘化甲烷、氮?dú)?、和氘氣或氦氣的混合氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，其特征在于所述的正極和負(fù)極采用黃銅材料，內(nèi)襯低濺射率的稀有金屬或其化合物，陰極外的玻璃管外安裝有冷卻水夾套。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，其特征在于所述的金屬鎳絲網(wǎng)的前端5mm處平行安裝有有五根直徑為5um的鎢絲。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大功率連續(xù)波DCN激光器，包括有放電管，陽極，陰極，放電管上有抽真空接口與進(jìn)氣接口，放電管安裝有支架上，放電管外有油冷卻夾套，陽極與陰極安裝在位于放電管兩端且與放電管側(cè)壁聯(lián)通的玻璃管內(nèi)，其諧振腔為波導(dǎo)型諧振腔，采用平面腔形式，放電管的陰極端安裝有鍍金的平面反射鏡，陽極端安裝有金屬鎳絲網(wǎng)，金屬鎳絲網(wǎng)的前端平行安裝有鎢絲，其正極端放電管激光輸出窗口采用X切石英片密封，其工作介質(zhì)為氘化甲烷、氮?dú)?、和氘氣或氦氣的混合氣體。在λ＝194.7μm輸出功率約150mw，可連續(xù)、穩(wěn)定工作168小時(shí)，為即將建成的EAST超導(dǎo)托卡馬克提供可靠的等離子體電子密度測量奠定基礎(chǔ)。
文檔編號H01S3/22GK1889312SQ20061004103
公開日2007年1月3日 申請日期2006年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月19日
發(fā)明者高翔, 童興德, 揭銀先, 程永飛, 劉海慶, 徐強(qiáng) 申請人:中國科學(xué)院等離子體物理研究所