本發(fā)明涉及放電激勵(lì)氣體激光技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及放電激勵(lì)氣體激光器及其運(yùn)行方法。

背景技術(shù)：

放電激勵(lì)氣體激光器通過(guò)高壓放電激勵(lì)氣體介質(zhì)形成激光輸出，波長(zhǎng)覆蓋范圍廣，是一種重要的相干輻射光源，被廣泛運(yùn)用于科研和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。這類(lèi)激光器的工作電壓高達(dá)幾萬(wàn)伏，放電過(guò)程中因電極等材料燒蝕會(huì)產(chǎn)生大量微粒，這些微粒在放電沖擊波作用下向四周?chē)姙R，部分微粒會(huì)到達(dá)激光窗口并附著在窗口玻璃表面，嚴(yán)重污染窗口玻璃，減小其激光透過(guò)率，致使激光器輸出能量不斷降低，且導(dǎo)致激光窗口的壽命明顯縮短。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決放電激勵(lì)氣體激光器窗口玻璃污染問(wèn)題，本發(fā)明提供一種放電激勵(lì)氣體激光器。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提供一種放電激勵(lì)氣體激光器，包括激光器主體1與氣源7，其特殊之處在于：還包括光窗2及設(shè)置在激光器主體1上的激光腔內(nèi)壓力維持單元4；

上述光窗2包括窗口玻璃14及光窗清潔器；上述光窗清潔器包括一端傾斜的筒體11，上述窗口玻璃14密封固定在筒體傾斜端，上述筒體11的另一端與激光器主體1的激光出射端密封固定；上述筒體內(nèi)部徑向設(shè)置有多個(gè)消能片12；筒體11上開(kāi)設(shè)輔助氣流接口15，氣源7通過(guò)金屬氣管9與輔助氣流接口15連通。

優(yōu)選地，為了調(diào)節(jié)氣體流量，上述激光器還包括連接在金屬氣管9中的氣體流量控制器6，上述氣體流量控制器6用于調(diào)節(jié)氣體流速。

優(yōu)選地，上述消能片12為中心帶孔的圓片，還包括一個(gè)尾柄121，尾柄121上設(shè)有小孔，通過(guò)尾柄121將消能片固定在光窗清潔器的筒體11上。

優(yōu)選地，激光器主體1采用不銹鋼金屬框架，一面安裝有尼龍板，激光器的放電泵浦源5安裝在尼龍板上。其中放電泵浦源5包括充電電源、儲(chǔ)能單元和放電控制單元。

優(yōu)選地，上述腔內(nèi)壓力維持單元4包括可調(diào)節(jié)氣體閥門(mén)、壓力傳感器、真空泵和控制單元，上述真空泵用于給激光器腔室抽氣；上述控制單元用于通過(guò)壓力傳感器的反饋控制調(diào)節(jié)氣體閥門(mén)，穩(wěn)定激光器腔室氣壓。

優(yōu)選地，窗口玻璃14通過(guò)法蘭密封安裝在筒體11的傾斜端；筒體11的另一端通過(guò)法蘭密封安裝在激光器主體1上。

優(yōu)選地，輔助氣流接口15位于靠近窗口玻璃14的一端；上述氣源為不銹鋼壓力容器，充有激光器工作氣體。

優(yōu)選地，光窗清潔器的筒體11為不銹鋼圓筒，消能片12為不銹鋼圓片；輔助氣流接口15采用標(biāo)準(zhǔn)d12型卡套氣管接口形式，通徑為12mm，選用不銹鋼材料。

優(yōu)選地，激光器的諧振腔3由一對(duì)直徑50mm的光學(xué)鏡片組成，前鏡對(duì)輸出波長(zhǎng)部分透過(guò)，后鏡對(duì)輸出波長(zhǎng)全反射，用于形成腔內(nèi)激光振蕩。

本發(fā)明還提供一種上述的放電激勵(lì)氣體激光器運(yùn)行方法，包括以下步驟：

第一，調(diào)整激光器諧振腔；

第二，腔內(nèi)壓力維持單元給激光器腔室抽真空；

第三，啟動(dòng)放電泵浦源；

第四，氣源通過(guò)氣體流量控制器以一定的氣體流速給激光器腔室內(nèi)部充入工作氣體，并通過(guò)腔內(nèi)壓力維持單元控制激光器腔內(nèi)氣壓處于要求值；

第五，控制放電泵浦源使激光器放電，激光沿圖1中箭頭所示方向輸出；

第六，放電過(guò)程中，氣源持續(xù)給激光器供給工作氣體，在激光器光窗內(nèi)部形成紊流；

第七，關(guān)閉放電激勵(lì)氣體激光器。

激光器主體和光窗構(gòu)成了激光腔室，腔內(nèi)壓力維持單元控制激光腔室的氣壓或抽真空，氣源給激光腔室充入工作氣體，放電泵浦源通過(guò)放電激勵(lì)工作氣體，在諧振腔作用下形成激光輸出。激光器運(yùn)行過(guò)程中，氣源通過(guò)流量控制器給光窗持續(xù)供給小流量氣體，作為光窗的輔助氣流，在激光器光窗內(nèi)形成紊流，減弱放電形成微粒向光窗的動(dòng)能，使這些微粒不能到達(dá)激光器窗口玻璃內(nèi)表面，實(shí)時(shí)清潔窗口玻璃，防止窗口玻璃被污染。

本發(fā)明具有的有益技術(shù)效果如下：

1、本發(fā)明采用光窗清潔器利用氣體紊流消能原理，減小了放電形成的微粒飛向窗口的動(dòng)能，使放電微粒不能到達(dá)窗口玻璃內(nèi)表面，放電激勵(lì)氣體激光器運(yùn)行過(guò)程中實(shí)時(shí)保護(hù)窗口玻璃不受污染，有利于激光能量輸出穩(wěn)定性。

2、本發(fā)明采用光窗清潔器，在不開(kāi)腔的情況實(shí)現(xiàn)了放電激勵(lì)氣體激光器窗口玻璃的清潔，不破壞放電激勵(lì)氣體激光器的運(yùn)行環(huán)境。

3、本發(fā)明中光窗清潔器的輔助氣流為激光工作氣體，不改變激光器工作氣體的組分。

4、本發(fā)明采用腔內(nèi)壓力維持單元，保證激光器運(yùn)行過(guò)程中激光器腔內(nèi)工作氣體壓力不因光窗清潔器引入輔助氣流而改變。

5、本發(fā)明中光窗清潔器中輔助氣體流速通過(guò)氣體流量控制器可控，可使放電激勵(lì)氣體激光器適用于多種放電電壓條件。

6、本發(fā)明中激光器通過(guò)腔內(nèi)壓力控制單元中的控制單元及氣體流量控制器對(duì)腔內(nèi)壓力和氣體流速實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，激光器操作方便。

附圖說(shuō)明

圖1是放電激勵(lì)氣體激光器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是激光器光窗結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖標(biāo)記為：1-激光器主體；2-光窗；3-諧振腔；4-腔內(nèi)壓力維持單元；5-放電泵浦源；6-氣體流量控制器，7-氣源，8a、8b、8c-可調(diào)氣體截止閥門(mén)，9-金屬氣管；

11-筒體；12-消能片，121-尾柄，13-窗口固定法蘭，14-窗口玻璃，15-輔助氣流接口，16-端面法蘭，17-凹槽。

具體實(shí)施方式

如圖1所述，在放電激勵(lì)氣體激光器中，激光器主體1采用不銹鋼金屬框架，尺寸為700mm×180mm×80mm，一側(cè)側(cè)面安裝有尼龍板，作為激光器高電壓連接端。兩個(gè)光窗2分別安裝在激光器兩端，與激光器主體共同構(gòu)成激光腔室。放電泵浦源5連接到尼龍板上，用于給激光器提供高電壓，包括高壓電源、儲(chǔ)能單元和放電控制單元。氣源7為不銹鋼氣體壓力容器，體積40l，最大壓力15mpa，充有激光器工作氣體，激光器氣體供給與光窗清潔器共用一個(gè)氣路，通過(guò)氣體流量控制器6調(diào)節(jié)工作氣體流速。腔內(nèi)壓力維持單元4用于維持激光器腔室氣體壓強(qiáng)和抽真空，包括可調(diào)節(jié)氣體閥門(mén)8c、壓力傳感器16、真空泵和壓力控制單元，激光器運(yùn)行時(shí)，利用真空泵給激光器腔室抽氣，壓力控制單元通過(guò)壓力傳感器反饋控制可調(diào)節(jié)氣體閥門(mén)8c，實(shí)現(xiàn)激光器腔室氣壓穩(wěn)定。諧振腔3由一對(duì)直徑50mm的光學(xué)鏡片組成，前鏡對(duì)輸出波長(zhǎng)部分透過(guò)，后鏡對(duì)輸出波長(zhǎng)全反射，用于形成腔內(nèi)激光振蕩，形成激光輸出。

如圖2所述，放電激勵(lì)氣體激光器光窗包括光窗清潔器和窗口兩個(gè)部分，其主要作用是與激光器主體構(gòu)成密閉激光腔室，并使激光在諧振腔內(nèi)高效傳輸出。窗口由窗口玻璃14及窗口固定法蘭13組成，法蘭為不銹鋼，外徑80mm，中心通孔直徑50mm，四個(gè)直徑5mm的安裝孔均布在法蘭上；窗口玻璃14通過(guò)窗口固定法蘭13安裝在光窗的傾斜端，玻璃直徑60mm，窗口安裝傾斜角度為7度。

光窗清潔器基于氣體紊流消能原理，包括筒體11和三個(gè)消能片12，通過(guò)金屬氣管9、氣體截止閥門(mén)8a、8b、氣體流量控制器6與氣源7連通。筒體11用于放置消能片12，采用不銹鋼圓筒結(jié)構(gòu)，其外徑為80mm，內(nèi)徑為50mm，長(zhǎng)50mm，兩側(cè)端面各有一個(gè)端面法蘭16，每個(gè)端面法蘭16上分布有密封槽和多個(gè)安裝孔，筒體11通過(guò)兩端的端面法蘭16與激光器主體及窗口密封連接。輔助氣流接口15位于激光窗口處，用于連接金屬氣管9，引入輔助氣流，在激光器光窗2內(nèi)部形成紊流，實(shí)時(shí)清潔光窗。為了連接方便，且具有良好的氣密性，輔助氣流接口15采用標(biāo)準(zhǔn)d12型卡套氣管接口形式，通徑為12mm，選用不銹鋼材料。金屬氣管9為外徑12mm的不銹鋼氣管。

消能片組12主要有兩個(gè)作用：一是擾動(dòng)氣體流動(dòng)，有利于氣體在金屬腔體內(nèi)形成紊流，二是與筒體11共同構(gòu)成用于沉積微粒的凹槽17。三個(gè)消能片均為中心帶孔的不銹鋼圓片，其外徑為50mm，內(nèi)徑為30mm，厚度為2mm，每個(gè)消能片有一個(gè)尾柄121，尾柄上有一個(gè)直徑4mm的孔，通過(guò)尾柄將消能片固定在不銹鋼金屬外殼上。

放電激勵(lì)氣體激光器運(yùn)行時(shí)，首先進(jìn)行激光器諧振腔準(zhǔn)備工作，放電泵浦源準(zhǔn)備工作。

第一，激光器諧振腔準(zhǔn)備就緒；

第二，腔內(nèi)壓力維持單元給激光器腔室抽真空；

第三，放電泵浦源準(zhǔn)備就緒；

第四，氣源通過(guò)氣體流量控制器以一定的氣體流速給激光器腔室內(nèi)部充入工作氣體，并通過(guò)腔內(nèi)壓力維持單元控制激光器腔內(nèi)氣壓處于要求值；

第五，控制放電泵浦源使激光器放電，激光沿圖1中箭頭所示方向輸出；

第六，放電過(guò)程中，氣源持續(xù)給激光器供給工作氣體，在激光器光窗內(nèi)部形成紊流，消弱放電微粒飛向窗口的動(dòng)能，使放電微粒不能到達(dá)并附著在窗口玻璃內(nèi)表面，實(shí)時(shí)清潔激光器光窗，從而保護(hù)放電激勵(lì)氣體激光器光窗不受污染。

第七，關(guān)閉放電激勵(lì)氣體激光器。

本發(fā)明不局限于上述具體實(shí)施方式，比如激光器諧振腔鏡直徑不限于50mm；激光器氣源不限于40l；激光器光窗不限于圓筒形，窗口玻璃直徑不限于60mm，光窗清潔器的金屬外殼的材料不限于不銹鋼；消能片組中消能片的個(gè)數(shù)不限于3個(gè)，消能片的形狀不限于空心圓片，消能片的材料不限于不銹鋼；輔助氣流接口不限于標(biāo)準(zhǔn)d12型卡套氣管接口形式，通徑不限于12mm；金屬氣管不限于外徑12mm。