[其他]实现低功耗气体脉冲激光的方法和器件

说明书

本发明涉及冷阴极辉光放电激励的气体激光器。

以往的辉光放电激励的气体激光器，如He-Ne激光器、He-Xe激光器、纵向CO₂激光器，一般用直流高压电源激励，在激光管电极和电源串接足够大的镇流电阻，设法减小电极（包括与电极相连的导线等部件）间的分布电容，以抑制或消除由于放电的负阻特性与极间电容所引起的弛张振荡，因为这种振荡会导致放电电流噪声及激光器输出噪声。关于这一点，“激光器设计基础”（赫光生，雷仕湛著，上海科学技术出版社，1979年6月第一版）一书中曾有论述。一般的玻璃外壳结构的气体激光器，如He-He激光器，由于管壁发热、谐振腔形变等原因，输出光束在点燃后一小时内有10^-4rad量级的方向漂移，基本热稳定后还会有每小时10^-5rad量级的方向漂移。

一般的He-Ne激光器由于输出直流光强，用于报警、校枪、摸拟射击、准直及其它兼用激光高强度和高方向性优点的场合时，光电接收及信号处理装置常有抗其它强光干扰性能差、允许入射激光光强变动范围小的弱点。激光外调制可克服这一弱点，但装置较繁。用控制激光器放电电流的方法可实现调制激光输出，但电源较繁杂、功耗较大、方向漂移也较大。加藤正彦等人进行过电流调制He-Ne激光器的实验研究（应用物理，第44卷，第1号，30-37页）。

本发明提供一种利用（而不是消除）放电弛张振荡机制的气体激光器的脉冲工作方法和低功耗连续脉冲输出的气体激光器，输出光束方向漂移小，激光脉冲频率稳定、可控。

对通常用直流辉光放电激励的冷阴极气体激光器，结构上采用增大阳极导体表面积或其它适当增大激光器极间分布电容的方法，利用此电容与辉光放电通道所具有的类似负阻特性的动态阻抗组成一个放电弛张振荡回路，极间电容起每个振荡周期中脉冲放电的储能元件的作用。在发生放电弛张振荡对气体激光器工作介质实行脉冲放电激励的同时，输出可应用的激光脉冲。

为使输出激光脉冲频率稳定或可控，采用具有高脉动分量的准直流高压激光电源，电源和激光器电极间串以高阻值电阻R，当一段时间间隔内电源脉动频率为几十赫兹到几百千赫兹范围内某一值f时，放电弛张振荡为电源脉动所同步，产生频率与电源脉动频率f成比例的放电弛张振荡和脉冲激光输出。

同轴冷阴极激光器采用附图1所示的结构。

图1是激光器的侧剖面示意图。图中1是管状外壳，可由膨胀系数较低的玻璃材料制成。2是放电毛细管，3和4是反射镜，5是圆筒状冷阴极，6是圆筒状长阳极，两种电极都可选用高纯铝箔作原料，7和8分别是阴极和阳极的引出钨杆。长筒状阳极6用以增大极间分布电容。毛细管2的自由的开放端伸入阳极筒6中，使放电弛张振荡较易建立。

附图2是与图1所示的激光器相配合的一种输出脉动频率稳定的激光电源的原理框图。

图2中，9是小型低功耗石英晶体振荡器，10是分频器，11是功率放大器，12是升压变压器，13是整流电路，14是电阻，15是采用图1所示结构的激光器。图2中晶体振荡器的输出信号经分频器后信号频率十分稳定，此信号经功率放大器、升压变压器后产生交变高压送到整流电路，整流部件的输出与输入的交变高压串接起来以产生高脉动分量的准直流高压去激励激光器。

按图1和图2所示的实施例制作的激光器，当激光器腔长在200mm左右，充以3乇上下的He-Ne气体、反射镜及其它有关参数按一般633nm激光器参数设计或选择时，可输出633nm的脉冲激光，附图3是离激光平面镜输出端7.25米处直接曝光的激光光斑照片，这时极间电容在PF量级。这种同轴冷阴极脉冲He-Ne激光器整机，输出激光脉冲峰值功率大于1毫瓦，脉宽为2微秒左右，连续脉冲输出时脉冲频率稳定性优于10^-5。脉冲频率为16382Hz时整机功耗约1.5瓦，频率为819Hz时整机功耗仅几十毫瓦。

本发明的优点主要是：

1.本发明使激光器的功耗下降。633nm的脉冲He-Ne激光当脉冲频率为几百赫兹到几十千赫时，激光器整机功耗比直流放电激励的激光器可下降三个到一个数量级，但仍然具有普通激光器单色性好、发散角小（1-2mrad）能以TEMOO模工作的优点。因此本发明利于无交流电源场合或携带式场合使用，整机体积、重量、成本可明显降低。

2.因激光器本身发热可很少或几乎不发热，光束方向漂移明显减小。玻璃外壳633nm的He-Ne激光器光束方向漂移可减小一个数量级。可作高精度准直光源。