[其他]實現低功耗氣體脈沖激光的方法和器件

無效

• 申請號: 85100058
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100058B
• 公開（公告）日: 1987-03-04
• 發明（設計）人: 朱鶴年;丁慎訓
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01S3/097
• 分類號: H01S3/097;H01S3/22
• 代理公司: 清華大學專利事務所
• 代理人: 黃冠穎

本發明涉及冷陰極輝光放電激勵的氣體激光器。

以往的輝光放電激勵的氣體激光器，如He-Ne激光器、He-Xe激光器、縱向CO₂激光器，一般用直流高壓電源激勵，在激光管電極和電源串接足夠大的鎮流電阻，設法減小電極（包括與電極相連的導線等部件）間的分布電容，以抑制或消除由于放電的負阻特性與極間電容所引起的弛張振蕩，因為這種振蕩會導致放電電流噪聲及激光器輸出噪聲。關于這一點，“激光器設計基礎”（赫光生，雷仕湛著，上海科學技術出版社，1979年6月第一版）一書中曾有論述。一般的玻璃外殼結構的氣體激光器，如He-He激光器，由于管壁發熱、諧振腔形變等原因，輸出光束在點燃后一小時內有10^-4rad量級的方向漂移，基本熱穩定后還會有每小時10^-5rad量級的方向漂移。

一般的He-Ne激光器由于輸出直流光強，用于報警、校槍、摸擬射擊、準直及其它兼用激光高強度和高方向性優點的場合時，光電接收及信號處理裝置常有抗其它強光干擾性能差、允許入射激光光強變動范圍小的弱點。激光外調制可克服這一弱點，但裝置較繁。用控制激光器放電電流的方法可實現調制激光輸出，但電源較繁雜、功耗較大、方向漂移也較大。加藤正彥等人進行過電流調制He-Ne激光器的實驗研究（應用物理，第44卷，第1號，30-37頁）。

本發明提供一種利用（而不是消除）放電弛張振蕩機制的氣體激光器的脈沖工作方法和低功耗連續脈沖輸出的氣體激光器，輸出光束方向漂移小，激光脈沖頻率穩定、可控。

對通常用直流輝光放電激勵的冷陰極氣體激光器，結構上采用增大陽極導體表面積或其它適當增大激光器極間分布電容的方法，利用此電容與輝光放電通道所具有的類似負阻特性的動態阻抗組成一個放電弛張振蕩回路，極間電容起每個振蕩周期中脈沖放電的儲能元件的作用。在發生放電弛張振蕩對氣體激光器工作介質實行脈沖放電激勵的同時，輸出可應用的激光脈沖。

為使輸出激光脈沖頻率穩定或可控，采用具有高脈動分量的準直流高壓激光電源，電源和激光器電極間串以高阻值電阻R，當一段時間間隔內電源脈動頻率為幾十赫茲到幾百千赫茲范圍內某一值f時，放電弛張振蕩為電源脈動所同步，產生頻率與電源脈動頻率f成比例的放電弛張振蕩和脈沖激光輸出。

同軸冷陰極激光器采用附圖1所示的結構。

圖1是激光器的側剖面示意圖。圖中1是管狀外殼，可由膨脹系數較低的玻璃材料制成。2是放電毛細管，3和4是反射鏡，5是圓筒狀冷陰極，6是圓筒狀長陽極，兩種電極都可選用高純鋁箔作原料，7和8分別是陰極和陽極的引出鎢桿。長筒狀陽極6用以增大極間分布電容。毛細管2的自由的開放端伸入陽極筒6中，使放電弛張振蕩較易建立。

附圖2是與圖1所示的激光器相配合的一種輸出脈動頻率穩定的激光電源的原理框圖。

圖2中，9是小型低功耗石英晶體振蕩器，10是分頻器，11是功率放大器，12是升壓變壓器，13是整流電路，14是電阻，15是采用圖1所示結構的激光器。圖2中晶體振蕩器的輸出信號經分頻器后信號頻率十分穩定，此信號經功率放大器、升壓變壓器后產生交變高壓送到整流電路，整流部件的輸出與輸入的交變高壓串接起來以產生高脈動分量的準直流高壓去激勵激光器。

按圖1和圖2所示的實施例制作的激光器，當激光器腔長在200mm左右，充以3乇上下的He-Ne氣體、反射鏡及其它有關參數按一般633nm激光器參數設計或選擇時，可輸出633nm的脈沖激光，附圖3是離激光平面鏡輸出端7.25米處直接曝光的激光光斑照片，這時極間電容在PF量級。這種同軸冷陰極脈沖He-Ne激光器整機，輸出激光脈沖峰值功率大于1毫瓦，脈寬為2微秒左右，連續脈沖輸出時脈沖頻率穩定性優于10^-5。脈沖頻率為16382Hz時整機功耗約1.5瓦，頻率為819Hz時整機功耗僅幾十毫瓦。

本發明的優點主要是：

1.本發明使激光器的功耗下降。633nm的脈沖He-Ne激光當脈沖頻率為幾百赫茲到幾十千赫時，激光器整機功耗比直流放電激勵的激光器可下降三個到一個數量級，但仍然具有普通激光器單色性好、發散角小（1-2mrad）能以TEMOO模工作的優點。因此本發明利于無交流電源場合或攜帶式場合使用，整機體積、重量、成本可明顯降低。

2.因激光器本身發熱可很少或幾乎不發熱，光束方向漂移明顯減小。玻璃外殼633nm的He-Ne激光器光束方向漂移可減小一個數量級。可作高精度準直光源。