PDF《扁平大功率氦氖激光器》

10 7 . , ,

2 ( 一…共令、 丫召厂矛/kl.、u一甲u一z(2 ) 而对于 一般半 径为R的圆截面放 电管 内等离子 体电子 温度 e T 由下式确定: 旦典些车夔立一

1 . 川.7.2尸2*2习eVi/kT,(3 ) 在(2 ) 和(3)式中,C是气体常数 , i V 是 电离 电位 . 比较 (

2 ) 式和 (3 ) 式 可见 , 若两种 情况下 的电子 温度相等 , 则得 矩形截 面放电管的等效半径 为:尺=0.765刃.

2 占'

/(a,+占, ) (4 ) 由此 可见 , 若a》b,则R、0.765b , e T 念j,伽b ) , 即对于具 有二 维 尺寸的矩形截面放 电管而 言,其等离 子体电子 温度 主要 取决 于短边尺 寸,而与长边 尺寸无关 . 那么,激光增 益就 可 以通 过控 制 其短边 尺 寸来 保证 , 而增加 长 边尺寸 来提高激 光模体积从而 提高激 光功率 . 也 就是说 , 可 以通 过 增加 横 向尺 寸来提 高单 位放 电长度 的输 出功率 . 此外,从加速 激光下 能级 的驰豫来说 , 扁平放 电截 面也 比圆放 电截面有利 得多 , 因为 面积 一定,圆周 长最短 , 而 加速 激光 下能级 的驰豫对 二氧化碳 激 光器而 言尤为重 要.因此 , 由等离 子体参量 的理论分析给我们发 展新 型气体激 光器 以有益 的启示 , 也为此 奠定 了设计理 论基 础.

二、扁平大功率氦氖激光器的实验研究 为验证 上述 分 析结果 , 提出了一 种新 颖诊 断技术 , 即用 探极一光 谱法诊断上 述激光 等离子 体的电子温度 . 简单地说 , 即利用具有探极 的辅助试验管 , 测量 电子温 度及发 射光谱特征 的某 些对应关 系.然后,测出待测 器件中等离 子 体发射光 谱特 征.再由上 述关系确 定其 电子 温度2I].实验量 测表明,扁平放 电截 面氦 氖激光管 内等离子 体 电子 温度基本 上与 直径 为其短边

4 中国科学基金11年 长度的

1 .

5 倍圆截 面放 电等离子 体电子温 度相 当,与理论分 析结 果基本 一致 . 基 于上 述分析 , 对扁 平放 电截面 的大功率氦氖激 光器 进行 了实验 研究 . 起初 , 利 用低熔 点 玻璃封 接技术试 制 了放 电长度 为1米,放电截面

3 x l s 平方 毫米 , 腔长

1 .

1 米的旁轴 内腔结 构 的氦氖 激光 器.采用平 凹谐振腔 结构 , 其球面 全反镜 曲率半径 为3米,平面输 出镜的透 射率为

1 . 5% 左右.在不同气压 , 不 同气体配 比,不同放 电电 流条 件下 , 波长

0 `

6 3 微 米激 光 功率如 图1,2所示 . 由图可 见,当气 压为

1 0

6 .

6 帕斯 卡,气体配 比为 H e : N e =

7 :

1 时,激光器输 出功 率可 达80毫瓦 以上 . 此外 , 还进 行了激 光束横向光 强分布 和激光光束发散角等实 验研 究工 作l

3 ] .

10 6 .

6 P a

13 3 .

3 P a

6 OP a ǎ 琴日àǎ渗已à20

0 P a

0 10

30 5

0 70 ( m A ) 当He,Ne气压 比为7:1时,不同气压 , 不 同放 电电流时波长为 .

0 6

3 微米的激光功率 以后 , 改用 硬料 扁玻 璃 管制成放 电 长度为

0 10

30 .

5 0

7 0 ( m A ) 图2当总 气压 为10

6 .

6 P a 时,不同气体配 比,不同放电 电流的激光输出功率

1 .

5 米 的扁平大 功率氦 氖激 光器.为兼顾 激光93.3Pa12

6 .

6 P a

1 6

6 .

6 P a

2 4

0 2

0 0

1 6

0 1

2 0

8 0 g 已)He3:Ne=020

4 0

6 0

8 0

10 0

12 0 ( m A ) 图31.5米放 电长 度的 扁平大功率氦氖激光管输 出特性 下进 行的.器输 出功率稳定 性和激 活介 质模体积 的利 用率,该激光器 的球面全 反镜 曲率半径 仍为3米.平面输 出镜透 射率为 2% 左右 , 而扁平放电管长 为13米、截面 为4xl6平方 毫米 和长 .