CO2激光器的结构
典型的封离型纵向电激励co2激光器由激光管、电极以及谐振腔等几部分组成(图2.3),其中最关键的部件为硬质玻璃制成的激光管,一般采用层套简式结构。最里层为放电管。第二层为水冷套管,最外一层为储气管。
放电管位于气体放电中辉光放电正柱区位置。该区有丰富的载能粒子,如电子、离子、快速中性气体、亚稳态拉子和光子等,是激光的增益区。为此,对放电管的直径、长度、圆度和直度都有一定的要求。loo w以下的器材大多用硬质玻璃制作,中等功率(100- 500 W)的器件,为保证功率或频率的稳定常用石英玻璃管制作,管径一般在10mm左右.管长时可略粗。
在紧靠放电管的四周有水冷套,其作用是降低放电管内工作气体的温度,保证器件实现粒子数反转分布,并防止在放电激励的过程中放电管受热炸裂。加水冷套的目的是冷却工作气体,使输出功率保持稳定。放电管在两端都与储气管连接,即储气管的一端有一小孔与放电管相通,另一端经过螺旋形回气管与放电管相通,这样就可使气体在放电管与储气管中循环流动,放电管中的气体随时可与储气管中的气体进行交换。
最外层是储气管。它的作用,一是减小放电过程中工作气体成分和压力的变化;二是增强放电管的机械稳定。回气管是连接阴极和阳极两空间的细螺旋管,可改善由电泳现象造成的极间气压的不平衡分布。回气管管径的粗细和长短的取值很重要,它既要使阴极处的气体能很快地流向阳极区达到气体均匀分布,又要防止回气管内出现放电现象。
电极分阳极和阴极。对阴极材料要求具有发射电子的能力、溅射率小和能还原CO2的作用。目前CO2激光器大多数采用镍电极,电极面积大小由放电管内径和工作电流而定。电极位置与放电管同轴。阳极尺寸可与阴极相同,也可略小。
谐振腔是由全反镜和输出镜组成的。中、小功率CO2激光器的全反镜一般采用镀金玻璃镜。因为金膜对10.65um的光有很高的反射率,而且化学性质稳定。但玻瑞基板反射镜导热性能差,所以对大功率的CO2激光器常用金属反射镜,如用钢镜或相镜或在抛光的无氧铜、不锈钢基板上被金、镀介质腆的反射镜。
输出镜通常采用能透射10.6um波长的材料作基底,在上面镀制多层膜,控制一定的透射率,以达到最佳藕合输出。常用的材料有氯化钾、教化钠、锗、砷化稼、硒化锌、啼化隔等。
CO2激光器的谐振腔常用平凹腔,反射镜用K8光学玻瑞或光学石英,经加工成大曲率半径的凹面镜,镜面上镀有高反射率的金属膜—镀金膜,在波长10.6um处的反射率达98.8%,且化学性质稳定。二氧化碳发出的光为红外光,所以反射镜需要采用透红外光的材料.因为普通光学玻璃对红外光不透,这就要求在全反射镜的中心开一小孔,再密封上一块能透过10.6um激光的红外材料,以封闭气体。这就使谐振腔内激光的一部分从小孔输出腔外,形成一束激光即光刀。
封闭式CO2激光器的放电电流较小,采用冷电极,阴极用鉬片或镍片做成圆简状。30^40mA的工作电流,阴极圆简的面积为500cm2,为不致镜片污染,在阴极与镜片之间加一光阑。泵浦采用连续直流电源激发。