[发明专利]射频快轴流二氧化碳光器容性电极的设计方法

说明书

本发明涉及一种容性电极的设计方法，特别是射频激励快轴流二氧化碳激光器容性电极的设计方法。

目前射频快轴流二氧化碳激光器的电极，例如欧洲专利87104902.9，提出两射频电极距放电管的距离，沿气流方向呈线性变化。另外，在放电管气流入口处的电极与放电管之间，放置一个相对介电常数为2的介质环，见附图1，图中1是电极，2是放电管，3是介质环。这种电极的放电均匀性是通过目测，并调节电极间的距离来达到的。

但这种电极还存在以下缺点：

1.不管怎样调节电极间距离，图1中的电极在放电管气体出口端总是产生一段不均匀辉光区。这种不均匀的程度随着充气的气压、风机的转速、体积抽速、气体管道的流阻、放电管内径及长度、气体的配比、射频功率的大小而不等，特别在高气压大射频功率下，这种不均匀性更趋严重。

2.介质环的置入，虽然提高了气流入口处的高频场强，但也引起了高频场的畸变，使此处气体放电不均匀。

3.由于是用目测法来调节电极之间的距离，这就会因为调节误差，而使场强过高，甚至使激光器放电管烧熔，而烧熔的玻璃碎屑如被大气压入循环风机或散热器，将很难维修。

由于上述缺陷的存在，使整个激光器的光电转换效率降低，最高只达到15%左右。

为了克服现有射频激励快轴流二氧化碳激光器容性电极存在的缺点，使激光气体沿放电管轴向均匀放电，特作出本发明。

本发明的设计方法是根据高频气体放电理论，在高频气体放电中，当f＞10MHZ在高气压下工作时，气体击穿的等效场强E_b为：

E_b/P＝A （1）

式中P为气体压强，A为常数。

由（1）式得出气体的高频着火场强与气压成正比。

对于容性电极，其电场强度：

E＝V/d    （2）

V为电极上电压，d为电极间距离。

令E＝E_b则有

PA＝V/d

亦Pd＝V/A    （3）

因为金属电极表面是个等位面，沿轴向整个电极V是唯一值，又因为A是常数，所以可以得出沿放电管轴向P.d是一定值。但不同工作状态下的P.d只对应于不同电压。

本发明方法首先选定放电管气体入口电极尾处的气压P_o，放电管外径d_o，令P_od_o＝A;然后在激光器工作条件下，冷态测量放电管沿轴向的静压分布，用放电管上各点测得的气压值去除A，就得到各相应气压点的电极距d＝A/P，再在纵坐标为d，横坐标为沿气流方向放电管位置坐标Y的平面上绘制d的曲线或折线，完成了容性电极的冷态设计。

用本发明方法做出的电极，需要有一个热修正，即将安装了冷态设计电极的激光器输入射频功率，使器件工作在最佳状态;记录风机进出口高速气流的静压差，根据测量得到的热态下的气体静压分布曲线，再使用d＝A/P如上述的设计方法重复设计。热修正也可以用激光器热态运行时的风机进出口的压差，在冷态下，改变充气压力，让风机进出口的压差与之相等，然后测量沿放电管的气体静压分布曲线，再使用d＝A/P如上述的本发明的设计方法，就得到工作状态下的电极尺寸。

附图1所示是87104902.9号欧洲专利的容性电极;

附图2所示是本发明电极的d曲线;

附图3所示是本发明曲线电极;

附图4所示是本发明的折线电极。

用本发明的设计方法做出的曲线或折线电极，有以下优点：

1.消除了欧洲专利87104902.9号的电极所固有的出气段放电不均匀性，也消除了介质环造成的放电不均匀性，从而改善了激光器的光电转换效率。

2.本设计包含了气体循环风机，管道流阻、气体配比、气体压力、放电管长短、内径、散热器的容量、射频功率大小等多种参数对气体辉光放电均匀性的全部影响。

3.由于本发明的设计方法给出了电极的制造、装配的精确尺寸，无需目测来调节电极距，因而避免了玻璃放电管的击穿，保护了激光器。