專利名稱：多譜線SrCl₂紅外脈沖激光系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種激光器，尤其是涉及一種多譜線SrCl2紅外脈沖激光系統(tǒng)。
背景技術：
鍶蒸氣是一種具有多組激光譜線的工作物質，在氦、氖等緩沖氣體環(huán)境下， 通過高電壓、大電流脈沖放電，有可能獲得一系列的脈沖激光振蕩。包括波長 6.45|am的鍶原子自終止激光，波長1.03/1.09|im的鍶離子自終止激光和多條波 長在3fim附近的M-M躍遷激光。由于6.45pm譜線恰好位于水分子的一個吸收 帶中，因此曾設想將運轉于該譜線的鍶蒸氣激光器用于大氣濕度監(jiān)測而弓I起關 注。制約鍶蒸氣激光器進一步發(fā)展的關鍵是鍶激光放電管短暫的運轉壽命。之 前所有鍶蒸氣激光器均采用金屬鍶作為激光原材料，存在著金屬鍶材料與激光 放電管不相容的困難。用鹵化鍶代替金屬鍶作為鍶激光器原材料將有效克服這 個問題。實驗上用溴化鍶替代金屬鍶作為激光工作物質已經取得了成功，不僅 得到多組鍶蒸氣激光振蕩，而且克服了金屬鍶材料與激光放電管不相容的困難。 而SrBr2作為激光工作物質消耗很快，在陶瓷放電管內也只能放置很少SrBr2材 料，多了要遮擋光路。故一次裝料只能維持幾十小時的運轉，持續(xù)時間太短。

發(fā)明內容
為解決金屬鍶和SrBr2在實驗上遇到的問題，，本發(fā)明的目的在于用SrCl2作 為激光工作物質，制備一種多譜線SrCl2紅外脈沖激光系統(tǒng)。 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是
本發(fā)明包括激光放電管及諧振腔、脈沖放電電路、溫控裝置和氣體流量控 制系統(tǒng)，其中
1) 激光放電管及諧振腔包括兩個窗口，三個冷凝泡，全反鏡，輸出鏡，保 溫棉，剛玉內管，石英基管和兩個放電電極；在石英基管內安裝外包覆保溫棉 的剛玉內管，在剛玉內管一端的石英基管向外依次設置第一放電電極、第一冷 凝泡和第一窗口，第一窗口面對全反鏡；在剛玉內管另一端的石英基管向外依 次設置第二冷凝泡、第二放電電極、第三冷凝泡和第二窗口，第二窗口面對輸 出鏡；
2) 脈沖放電電路包括直流高壓源，充電電感，高頻高壓硅堆，閘流管，兩 個儲能電容及旁路電感；直流高壓源的一端分別與第一放電電極和閘流管接地端相連，第二儲能電容與第一儲能電容串接，第一儲能電容的另一端與閘流管 接地端相連，第二儲能電容的另一端接第二放電電極；直流高壓源的另一端經 充電電感、高頻高壓硅堆接閘流管的陽極，旁路電感并接在兩放電電極之間；
3) 溫控裝置包括保溫鋁套、繞在保溫鋁套上的電熱絲和帶熱電偶的溫控儀; 保溫鋁套與石英基管同軸放置，兩者之間填充保溫陶瓷纖維，熱電偶放在電熱 絲與保溫鋁套中間。
4) 氣體流量控制系統(tǒng)包括高純鋼瓶緩沖氣體，減壓閥，進氣針形閥，真空 表，過濾器、抽氣針形閥和真空泵；高純鋼瓶緩沖氣體經減壓閥，進氣針形閥 接在第一窗口和第一冷凝泡之間的石英基管上，進氣針形閥上裝有真空表；真 空泵經抽氣針形閥，過濾器接在第二窗口和第三冷凝泡之間的石英基管上。
本發(fā)明具有的有益效果是
將SrCl2晶體分成若干份均勻放置在剛玉管內，剛玉管外部均勻包裹保溫棉 套在石英基管中。剛玉管可以承受SrCl2蒸氣穩(wěn)定工作所需要的高溫(約1100 ° C)，保溫棉的加入一方面可以增加剛玉管內的工作溫度，另一方面可以有效 阻斷剛玉內管與石英基管間空隙的放電通道。石英管外保溫鋁套以及與溫控儀 相連的電熱絲的設計，有助于通過外加熱控制SrCl2蒸氣密度和工作溫度。在石 英管電極附近的兩端各做一個冷凝泡，有效的減少了管內揮發(fā)出來的雜質對窗 口的污染。放電管的兩端通光窗口均采用MgF2晶片，該晶片在6.45pm波長處 仍有約90%的透過率，為所研究的多譜線獲得激光振蕩提供了必要的保證。諧 振腔的全反鏡是鍍金的寬譜平面鏡，輸出耦合鏡同樣是上述MgF2晶片。本發(fā)明 具有放電穩(wěn)定、避免擋住光路和放電通道以及長期維持所需最佳金屬密度等優(yōu) 點，已在實驗上成功獲得了瓦級以上功率的多譜線(1.03-6.45)im) SrCl2紅外脈 沖激光的長期穩(wěn)定運轉。


附圖是本發(fā)明的結構原理示意圖。
圖中1、窗口， 2、冷凝泡，3、全反鏡，4、保溫鋁套，5、保溫棉，6、 溫控儀，7、剛玉內管，8、石英基管，9、輸出鏡，10、過濾器，11、抽氣針形 閥，12、真空泵，13、進氣針形閥，14、減壓閥，15、高純鋼瓶緩沖氣體(氦 氣)，16、真空表，17、放電電極，18、旁路電感，19、儲能電容，20、儲能電 容，21、閘流管，22、高頻高壓硅堆，23、充電電感，24、直流高壓源。25、 電熱絲。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
如附圖所示，本發(fā)明包括激光放電管及諧振腔、脈沖放電電路、溫控裝置 和氣體流量控制系統(tǒng)，其中
1) 激光放電管及諧振腔包括兩個窗口 1，三個冷凝泡2，全反鏡3，輸出
鏡9，保溫棉5，剛玉內管7，石英基管8和兩個放電電極17;在石英基管8內 安裝外包覆保溫棉5的剛玉內管7，在剛玉內管7 —端的石英基管8向外依次設 置第一放電電極17、第一冷凝泡2和第一窗口 1，第一窗口 l面對全反鏡3;在 剛玉內管7另一端的石英基管8向外依次設置第二冷凝泡2、第二放電電極17、 第三冷凝泡2和第二窗口 1，第二窗口 1面對輸出鏡9;激光工作物質SrCl2晶 體分成若干份均勻放置在剛玉管內。
2) 脈沖放電電路包括直流高壓源24，充電電感23，高頻高壓硅堆22，閘 流管21，兩個儲能電容19、 20及旁路電感18;直流高壓源24的一端分別與第 一放電電極17和閘流管21接地端相連，第二儲能電容19與第一儲能電容20 串接，第一儲能電容20的另一端與閘流管21接地端相連，第二儲能電容19的 另一端接第二放電電極17;直流高壓源24的另一端經充電電感23、高頻高壓 硅堆22接閘流管21的陽極，旁路電感18并接在兩放電電極17之間；
3) 溫控裝置包括保溫鋁套4、繞在保溫鋁套上的電熱絲25和帶熱電偶的 溫控儀6;保溫鋁套4與石英基管8同軸放置，兩者之間填充保溫陶瓷纖維，厚 度約2cm，熱電偶放在電熱絲5與保溫鋁套4中間。
4) 氣體流量控制系統(tǒng)包括高純鋼瓶緩沖氣體15，減壓閥14,進氣針形閥 13，真空表16，過濾器IO、抽氣針形閥11和真空泵12;高純鋼瓶緩沖氣體15 經減壓閥14，進氣針形閥13接在第一窗口 1和第一冷凝泡2之間的石英基管8 上，進氣針形閥13上裝有真空表16;真空泵12經抽氣針形閥11，過濾器10 接在第二窗口 1和第三冷凝泡2之間的石英基管8上。
如附圖所示，本發(fā)明通過調節(jié)進氣和出氣針形閥的流量，在氣體緩慢流動 方式下使激光管內保持所需氣壓實現(xiàn)穩(wěn)定放龜。由保溫鋁套、電熱絲、帶有熱 電偶的溫控儀組成的溫控裝置能相對獨立調節(jié)放電管的溫度。金屬激光介質 SrCl2晶體分成若干堆均勻放置在剛玉內管中，通過放電和輔助外加熱獲得產生 激光所需的蒸氣密度。諧振腔的全反鏡3是鍍金的寬譜平面鏡，輸出耦合鏡9 是MgF2晶片，有利于多譜線紅外激光的振蕩輸出。
本發(fā)明工作時，先打開抽氣針形閥ll，抽真空后，加熱繞在保溫鋁套外的電 熱絲至溫控儀6的設定溫度，再打開進氣針形閥13并調節(jié)抽氣形針閥11，使激
5光管在氣體緩慢流動方式下維持所需緩沖氣壓。直流高壓電源24通過充電電感 23、高頻高壓硅堆22和旁路電感18對儲能電容19和儲能電容20進行諧振倍 壓充電，當閘流管21快速觸發(fā)導通后，儲能電容20兩端極性換向，使激光管 兩電極間產生最高達4倍直流電源電壓的高壓來實現(xiàn)穩(wěn)定的高重復率大電流脈 沖放電。放置在剛玉管內7的激光介質，通過放電加熱和輔助外加熱獲得產生 激光所需的蒸氣密度，在高重復率脈沖放電電場的電泳效應和緩沖氣體緩慢流 動方式下，實現(xiàn)SrCl2蒸氣密度在放電激活區(qū)內的均勻分布和高效穩(wěn)定的激光輸 出。
權利要求
1. 一種多譜線SrCl2紅外脈沖激光系統(tǒng)，其特征在于包括激光放電管及諧振腔、脈沖放電電路、溫控裝置和氣體流量控制系統(tǒng)，其中1)激光放電管及諧振腔包括兩個窗口(1)，三個冷凝泡(2)，全反鏡(3)，輸出鏡(9)，保溫棉(5)，剛玉內管(7)，石英基管(8)和兩個放電電極(17)；在石英基管(8)內安裝外包覆保溫棉(5)的剛玉內管(7)，在剛玉內管(7)一端的石英基管(8)向外依次設置第一放電電極(17)、第一冷凝泡(2)和第一窗口(1)，第一窗口(1)面對全反鏡(3)；在剛玉內管(7)另一端的石英基管(8)向外依次設置第二冷凝泡(2)、第二放電電極(17)、第三冷凝泡(2)和第二窗口(1)，第二窗口(1)面對輸出鏡(9)；2)脈沖放電電路包括直流高壓源(24)，充電電感(23)，高頻高壓硅堆(22)，閘流管(21)，兩個儲能電容(19、20)及旁路電感(18)；直流高壓源(24)的一端分別與第一放電電極(17)和閘流管(21)接地端相連，第二儲能電容(19)與第一儲能電容(20)串接，第一儲能電容(20)的另一端與閘流管(21)接地端相連，第二儲能電容(19)的另一端接第二放電電極(17)；直流高壓源(24)的另一端經充電電感(23)、高頻高壓硅堆(22)接閘流管(21)的陽極，旁路電感(18)并接在兩放電電極(17)之間；3)溫控裝置包括保溫鋁套(4)、繞在保溫鋁套上的電熱絲(25)和帶熱電偶的溫控儀(6)；保溫鋁套(4)與石英基管(8)同軸放置，兩者之間填充保溫陶瓷纖維，熱電偶放在電熱絲(5)與保溫鋁套(4)中間。4)氣體流量控制系統(tǒng)包括高純鋼瓶緩沖氣體(15)，減壓閥(14)，進氣針形閥(13)，真空表(16)，過濾器(10)、抽氣針形閥(11)和真空泵(12)；高純鋼瓶緩沖氣體(15)經減壓閥(14)，進氣針形閥(13)接在第一窗口(1)和第一冷凝泡(2)之間的石英基管(8)上，進氣針形閥(13)上裝有真空表(16)；真空泵(12)經抽氣針形閥(11)，過濾器(10)接在第二窗口(1)和第三冷凝泡(2)之間的石英基管(8)上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多譜線SrCl₂紅外脈沖激光系統(tǒng)。包括激光放電管及諧振腔、脈沖放電電路、溫控儀和氣體流量控制系統(tǒng)。將激光介質SrCl₂晶體分成若干堆均勻放置在剛玉內管中，通過高重復率脈沖放電和調節(jié)保溫鋁套外加熱器的溫度，可獨立控制產生激光所需的最佳金屬蒸氣密度，采用緩沖氣體氦氣緩慢流動方式，實現(xiàn)金屬蒸氣密度在放電激活區(qū)的均勻分布和激光的高效穩(wěn)定運轉。放電管的兩端通光窗口均采用MgF₂晶片，減少了對紅外光譜的吸收。本發(fā)明具有放電穩(wěn)定、避免擋住光路和放電通道以及長期維持所需金屬密度，在多譜線SrCl₂紅外脈沖激光實驗中，獲得了瓦級以上激光功率的多譜線(1.03-6.45μm)紅外脈沖激光的長期穩(wěn)定運轉。
文檔編號H01S3/227GK101483314SQ20091009586
公開日2009年7月15日 申請日期2009年2月16日 優(yōu)先權日2009年2月16日
發(fā)明者張迅懿, 琦 朱, 潘佰良, 王亞娟, 立 陳 申請人:浙江大學