CN100369338C - 大功率气体激光器的构建方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明为大功率气体激光器的构建方法及装置。主要是由放电管折迭组合式配置和放电激励来获得大功率气体激光输出，它包括分别构建大功率氦氖激光器、大功率二氧化碳激光器、大功率一氧化碳激光器的方法及装置。其特征在于将一石英或玻璃放电管置于系统的轴上，多根石英或玻璃放电管相对此轴成对地对称分布，每对对称放置的放电管的光路折迭点为所有放电管中心线在激光输出镜反射面上的同一交点，激光输出由一个镜承担。装置中各放电管离光路折迭处较近的一端与一粗的石英或玻璃管真空密封性连接，粗的石英或玻璃管的另一端与输出镜真空密封性封接，各放电管离折迭处较远的一端均与全反射镜真空密封性封接。器件具有结构紧凑、功率大、光束集中并便于变换处理的优点。

Description

大功率气体激光器的构建方法及装置

技术领域

本发明涉及光学和光学工程领域，主要是由放电管折迭组合式配置和放电激励来获得大功率气体激光的方法及装置。

本发明所指大功率气体激光器包括氦氖激光器、二氧化碳激光器和一氧化碳激光器。

大功率氦氖激光应用于光学、生物学、医学等领域，特别是可应用于光生物与光医学及其它光与物质相互作用的领域，例如它可以满足光致生物遗传变异、激光治疗对大功率的要求，而在一些不特别要求高功率密度的光生物及医学应用中则给出高效率的显著优势。

大功率二氧化碳激光器主要用于激光切割、打孔、焊接、热处理等加工工程，是激光加工中最重要的器件之一。此外它也是光化学的重要光源之一。

大功率一氧化碳激光器也主要用于激光加工，它比二氧化碳激光的波长短一半，可得到更小直径的会聚光束，且具有很高的加工效率，有现有光纤可传输它，而使其更易用于各种复杂环境的加工。此外它还是光化学、激光分离同位素的重要光源之一。

背景技术

氦氖激光器是世界上最早问世的原子气体激光器，放电管为圆管，放电采用直流放电。这种圆管氦氖激光器成为最通用的器件，一般情况下在0.6328μm波长处一米放电管的理想输出可达50mW，且每米长度输出功率与其管径基本无关，因为虽然激活区随管径的平方增大，但其增益系数和最佳总气压均反比于管径。为了提高其输出，人们采用了射频放电和微波放电激励，但其增益系数一般均未超过直流放电激励，或与直流放电的接近。因此为了提高输出，人们采用的方法是增加放电管的长度，如果太长则采用折迭方式工作。由于这种折迭是通过每两段放电管间的反射镜完成的，我们可以称其为光学上串联式折迭。其缺点是显而易见的，当折迭次数多时对其调整和各反射镜的封贴都会提出很苛刻的要求。一旦一镜偏离正常位置，整个器件便不能正常工作。为了减小器件的长度，中国凌一鸣等发明了矩形放电管氦氖激光器，将原圆管每米50mW的输出水平提高为每米70——80mW输出，一般运转于高阶横模情况，其缺点是每米输出仍受长度限制。当然，为获得大功率输出，人们也可采用多个圆管或矩管独立器件的组合式结构，即采用反射镜或光纤耦合的方式将各独立激光器输出光聚集到一起的方法来获取大功率激光，但这种结构的缺点是装置过于庞大松散。

二氧化碳激光器是世界上最早问世的分子气体激光器，放电管也为圆管，但需采用冷却措施，一般采用方便的水冷却，放电采用直流放电。这种器件一米放电管可输出40W左右。人们采用增加放电管长度来提高输出功率。如果太长也采用折迭方式工作，同时也采用多个独立器件组合或多管平行组合公用一平行平面腔结构，前两种结构的缺点与类似的氦氖激光器的相似，后一种结构看似简单实际技术难度很高，人们也采用让气体在放电管内快速流动方式的轴流型结构，固然单位长度输出大幅提高，但气体循环系统庞大复杂，耗电，耗气量大。人们也采用射频或微波放电激励获得二氧化碳激光，但输出与相应结构的直流放电的相当。

一氧化碳激光器是继二氧化碳激光器之后又一十分重要的分子气体激光器件，它在水冷条件下工作与二氧化碳激光器的情况接近。一般在室温下获得的输出都比二氧化碳激光器低。在快速轴流工作时一般采用液氮冷却可获大功率输出，其结构很复杂，液氮和高纯气体消耗量很大。人们也采用射频、微波放电激励，但输出与相应结构直流放电的相当。

发明内容

本发明正是针对氦氖激光器、二氧化碳激光器、一氧化碳激光器之大功率器件的缺点而提出的，提供一种多根石英或玻璃放电管轴对称折迭组合型气体激光器。它给出一个合理的多放电管结构和一个合理的腔结构，是一种折迭次数少，长度短，增益区域大，结构紧凑、科学，输出集中且其光束便于光学变换与传输的大功率气体激光器的构建方法及装置。

本发明的目的是由以下所述的措施实现的。多根放电管轴对称折迭组合型气体激光器的构建方法是：系统的对称轴上置放一单一石英或玻璃放电管，其管心线位于系统对称轴线，每对对称折迭的放电管之管心线处于同一圆锥面上，按顶角由小到大可分为第一圆锥面，第二、第三圆锥面等，这些锥面以系统对称轴线为唯一的公共对称轴线并有唯一的公共顶点，因此可同时在有不同顶角大小的锥面上置放较多的放电管，一般情况下选择一个有合适顶角的圆锥面即可放置较多的放电管。对称轴上之单管一端贴全反射镜，在距另一端的某一距离的圆锥面顶点处安装部分反射并部分透射的输出镜，它是整个组合式结构的唯一输出镜，也即各放电管的公用输出镜，此输出镜反射镜面之中心点为所有轴对称折迭管中心线之公共交点。在轴上单管贴全反射镜的同一端，对称折迭管的端口均贴全反射镜。在靠近输出镜的一端，轴上单管和所有折迭管管口均不贴镜片。用一个较粗的石英或玻璃管密封性地将它们连接起来，同时保持这些管的通光通气性能，此较粗管的另一端则恰好可贴输出镜。对称轴上单管端的全反射镜和输出镜构成该管的谐振腔，每对对称折迭管两端的全反射镜和光路折迭点的输出镜构成各对折迭管的折迭谐振腔。放电管分别采用方便的直流放电，或经管外电极进行射频或微波放电。在放电的激励下，放电管内的气体激光介质受到激励，在各谐振腔的作用下，大功率激光从公用输出镜输出。当管内气体为He、Ne混合气，各镜的反射或透射是针对0.6328μm波长的，则输出氦氖激光，当管内气体为CO₂、N₂、He混合气体，各镜反射或透射是针对10.6μm波长的，放电管经水冷，则输出二氧化碳激光，当管内气体为CO、N₂、He混合气，各镜反射或透射是针对5.3μm波长的，放电管经水冷或液氮冷却，则输出一氧化碳激光。因为折迭的方式科学，成对的折迭管可以较多，每一折迭谐振腔内仅含一次折迭，光束的集中由公共交点确保，输出由一镜承担，故可达到本发明的目的。其要点在于多个放电管的成对轴对称折迭，所有放电管的中心线与轴上放电管中心线交于一点，共用一个输出镜。本构建方法及装置可以由附图1和附图2加以说明。附图1说明多个放电管三维立体地位于一个圆锥面的轴对称折迭式组合的气体激光器的构建方法及装置，附图2则说明属于轴对称折迭组合的二维轴对称折迭组合的气体激光器的构建方法及装置。

附图1说明

附图1为本发明大功率气体激光器的结构示意图。

下面结合附图1及工作原理对本发明进一步详细说明。

附图1中位于对称轴上的石英或玻璃放电管编号为0，位于对称轴旁的石英或玻璃放电管的编号为1、2、3、4、5、6、7、8，管1与管2、管3与管4、管5与管6、管7与管8分别为一对对称折迭管。图中管0、1、2、3、4、5、6、7、8的左端口分别贴封全反射镜，所贴全反射镜的编号依次为9、10、11、12、13、14、15、16、17。图中放电管0-8的阳极27、28、29、30、31、32、33、34、35分别离该管左端口右5cm处与管连接。管0-8的右端端口18、19、20、21、22、23、24、25、26与一粗石英或玻璃连接管37的左端带有和各放电管端口外缘一一对应小孔的圆底38密封性地连接，放电管右端口的外缘间距为1.2mm以上。管37的中部位置下面与石英或玻璃管40连接，管40可容纳较长、较大的总放电阴极36。粗管的另一端贴有激光输出镜39。41为一会聚镜，可根据需要选择焦距。42为支撑架，其中两个带孔的圆盘(a)、(b)控制各管对称分布及管0的位置。放电管0、1、2、3、4、5、6、7、8和管37、40内充有作为激光增益介质的高纯气体的混合物，放电采用直流放电，其优点是简单稳定，对混合气激励效果好，且无射频及微波放电可能形成的人身伤害。必要时也可通过管外电极采用射频或微波放电，对混合气进行激励。

在附图1中，由镜9、39构成轴上单管0的谐振腔，由镜10、39、11构成配对管1、2的折迭谐振腔。同理，镜12、39、13，14、39、15，16、39、17，分别构成管3、4，管5、6，管7、8的折迭谐振腔。反射镜的曲率半径和镜间距离的选择，应使各谐振腔符合业内人员所知的稳定条件。

在放电激励下的气体混合物产生光辐射并沿着管1、3、5、7的纵向传播并被放大，此光辐射传到输出镜39上公共交点分别向管2、4、6、8反射，并向其纵向传播并被放大，分别传至端面贴镜11、13、15、17，又分别经它们反射沿原路返回继续放大，再分别经公共交点反射进入管1、3、5、7继续放大，接着分别传到端面贴镜10、12、14、16，又分别经它们反射后无限重复上述的传播、反射行为。当光的增加和在镜面等处的损耗相等时，便形成稳定情况。在部分反射镜的透射损失是作为输出引入的，故它是有用损耗。当稳定时，其输出也即稳定。当然，初始的光辐射可发生于编号为奇数的管内，也可发生于编号为偶数的管内，其输出均具有相同结果。位于对称轴上的放电管0内沿纵向的光辐射在全反镜9和输出镜39之间来回传播并被放大，当光信号的增加与在镜上等处的损耗相等时达到稳定，其输出也即稳定。

经过镜39输出的光束是以管0输出的光束束轴线为轴的，有公共出射点的且有一定发散角的光束，将焦距为f的短焦距会聚镜41置于离镜39之距离为f时，可获得光束直径甚小的平行光束。选择不同的焦距及距离可获得会聚或发散光束，以应用于不同的目的。

本发明所用放电管0-8和连接管37及其圆底38和连接管40均采用石英或玻璃材料，为的使真空放电性能优异。石英或玻璃管绝缘性能好，表面光洁而极少吸附杂气，因而放电时不会因电场或热作用而散发有害于激光工作物质的杂气。设立总阴极可以便装置更紧凑，它的表面积应是各单管激光器所需阴极面积之和。连接管37的带孔圆底38的加工及与放电管的连接是按如下方法及程序进行的：第一个方法是选择石英圆底，根据石英放电管右端口18-26的中心位置及端口外径，在厚2.5mm的圆底38上用金刚砂及圆管钻磨制出相应的圆孔，圆孔的直径比相应端口外径大0.1-0.2mm，再将各小孔同时套住各对应端口，并让端口伸出0.5-1mm，再用小的氢氧焰将端口18-26的外缘分别与孔密封性连接，由于局部的小火烧接不易造成其它处的应力不均，加之石英材料对于温度变化的极强适应能力，故能很好实现这一连接，圆底片再与后面同等直径(外径)的石英连接管37的端口对齐，使用较小氢氧焰并加石英料于两者间的接缝处进行烧接密封，圆底38的直径比所有小孔占具的最大直径大20mm即可。第二个方法是采用厚为2mm的玻璃圆底，按方法一打孔，将各玻璃放电管右端截下20cm长的一段，再将圆底各小孔同时套住各段的对应端口，并让端口略伸出0.5mm，用天然气加氧的火焰进行密封性连接，圆底再与后面同等直径(外径)的玻璃连接管37的端口对齐用同种火焰密封性连接，并在过程中注意保持各段管原有的空间取向，然后再以同种火焰将各段玻璃管与各相应玻璃放电管在原截口处一一密封性连接以恢复各放电管的原有长度，圆底玻璃片的直径比所有小孔占具的最大直径大20mm即可。第三个方法是，各玻璃放电管右端10cm长的一段为玻璃石英过度接头，过度接头的石英段处于最右端，然后再按方法一进行连接。

本发明采用一个输出镜，是为了获得集中的光束及装置的紧凑性，对于氦氖激光而言，500mw以上已算很大的功率，故一个输出镜完全可承受相应的功率密度，对二氧化碳激光，一氧化碳激光，现有锗平行平面镜及增反膜均可承受千瓦级输出。本发明每一折迭腔仅包含一次折迭，这使光路简化，调整方便，也便于获取稳定的输出。采用凹面反射镜则是为了减少衍射损耗和腔的稳定。本发明的所有连接处和封贴处均为密封性连接，为的是使激光器可获得较高真空度，以使其充入激光介质后能有较长的使用寿命。

通过以下实施例可进一步对本发明中多根放电管立体轴对称折迭组合型气体激光器构建方法及装置有更全面的了解。

具体实施方式  例1，取9根放电管，每根放电管长度为1m，参照附图1，管内径4mm，外径6mm，管0中心线即为对称轴线且位于水平面，管1、2中心线置于水平面内，两管对称地安排在轴线的两侧，管5、6中心线位于竖直平面内，两管对称地安排在轴线的两侧。管3、4中心线位于与水平面成45度角的过轴线的平面内，两管对称地安排在轴线的两侧。管78中心线所在面垂直于管3、4中心线所在平面，也过轴线，两管对称地安排在轴线的两侧。9根管子之右端口中心处于垂直于对称轴线的一平面内。选择部分反射平行平面输出镜39表面中心距管0右端口之距离为30cm，对称轴之外的8根管左端口中心与轴上单管左端口心相距60mm，右端口中心与轴上单管右端口中心相距14mm，各放电管中心线在镜39内面的中心点相交并称该点为公共交点。分别在9根管的左端贴全反射镜，各反射镜的光轴选在相应管子的中心线上。镜39的光轴位于对称轴线。管1与管2构成成对折迭，光路折迭点位于镜39上的公共交点，管3与管4，管5与管6，管7与管8分别构成成对折迭，折迭点也在镜39上的公共交点。全反射镜9、10、11、12、13、14、15、16、17的曲率半径均为3m，镜39与各镜之间的距离为1.3m，在0.6328μm波长各全反射镜反射率取99.98％，镜39反射率为97％，透过率为3％，这五个独立的谐振腔均可稳定有效的工作。管内真空度达到133.3*10^-6Pa后，按Ne∶He＝1∶7-10，充混合气0.8-1*133.3Pa。采用直流放电激励该混合气，每管电流5-10mA，在五个独立的谐振腔帮助下，即可从镜39获得较大功率的波长为0.632μm的氦氖激光输出。

例2，仍取9根放电管，参照附图1，放电管的长度及相应编号的成对放电管所在平面和反射镜的曲率半径及安排均与例1相同，放电管的内径为8mm，外径为10mm，8根放电管左端口中心与轴上单管左端口中心相距70mm，右端口中心与轴上单管右端口中心相距16mm，所有放电管的中心线相交于镜39内表面的中心点，放电管0、1、2、3、4、5、6、7、8及石英或玻璃管37和40均以水冷却，管内在达真空133.3*10^-3Pa后按CO₂：N2∶He＝1∶1.2∶7.8及相近比例充均匀混合气10-20*133.3Pa。对波长10.μm全反射镜反射率达98％以上，半反镜(输出镜)反射率为80％，透过率为20％。在每管电流10-20mA直流放电激励下，可从输出镜39获得较大功率二氧化碳激光输出。

例3，仍取9根放电管，放电管的长度、内外径及空间布置和反射镜的曲率半径及安排均与例2相同，放电管和含阴极的石英或玻璃管均以水冷或以液氮冷却。管内在达真空133.3*10^-5Pa后按CO∶N2∶He＝1∶2∶17及相近比例充均匀混合气10-20*133.3Pa。对5.3μm波长全反射镜反射率达99％以上，输出镜反射率为90％，透过率为10％。在每管电流10-20mA直流放电激励下，可从输出镜39获得较大功率一氧化碳激光输出。

立体轴对称折迭组合型大功率气体激光器的装置包括石英或玻璃放电管0、1、2、3、4、5、6、7、8，全反射镜9、10、11、12、13、14、15、16、17，放电阳极27、28、29、30、31、32、33、34、35，阴极36，石英或玻璃连接管37、40，石英或玻璃圆底38，输出镜39、会聚镜41，支架42组成，放电管0、1、2、3、4、5、6、7、8之左端口分别与全反射镜9、10、11、12、13、14、15、16、17连接，管0-8之右端端口18、19、20、21、22、23、24、25、26的外缘与带有一一对应小孔的石英或玻璃圆底38连接，圆底38与管37的左端连接，管37的另一端与输出镜39连接，阳极27、28、29、30、31、32、33、34、35分别与放电管0、1、2、3、4、5、6、7、8于左端口右5cm处连接，管37中部的下部与石英或玻璃管40连接，总阴极36与管40连接，会聚镜41位于输出镜39后，支架42通过两个带孔的圆盘a、b控制对称分布的放电管0-8的位置，根据本发明，放电管0的中心线置于放电管组合系统的对称轴线上，管1、管2的中心线位于过对称轴线的水平面内，两管相对于对称轴线对称分布，管5、管6的中心线位于过对称轴线的竖直平面内，两管相对于对称轴线对称分布，管3、管4的中心线所在的平面与水平面成45度角并过对称轴线，两管相对于对称轴线对称分布，管7、管8的中心线所在平面垂直于管3、管4中心线所在平面并过对称轴线，管7、管8相对于对称轴线对称分布，所有放电管右端口中心处于垂直于对称轴线的一平面内，输出镜内表面中心点位于各放电管中心线之唯一交点，输出镜39为唯一输出镜。

本装置的优点是能将较多的放电管立体对称地组成一个紧凑的激光器系统，可从同一个输出镜输出激光，且激光束有一个公共的出射点。故可以从本发明装置获得大功率激光输出，同时，输出光束还具有易于经光学会聚镜进行变换处理的优点。

附图2说明  附图2是石英或玻璃放电管轴对称折迭组合型大功率气体激光器的一个特殊情况，它是二维轴对称安排。这里的二维轴对称，指所有放电管的中心线在同一平面内的轴对称安排，而相应的装置是立体的。图中，放电管43位于对称轴，管心线即为对称轴线，管44和管45的中心线相对于对称轴线对称安排，管46和管47的中心线相对于对称轴线对称安排，管48和管49的中心线相对于对称轴线对称安排，所有放电管右端端口中心位于垂直于对称轴线的一平面内，所有放电管的管心线相交于对称轴线上的一点，这一点落在激光器的输出镜75的内反射面中心。全反射镜50、51、52、53、54、55、56分别与管43、44、45、46、47、48、49的左端口密封性封接。管43、44、45、46、47、48、49的右端口分别为57、58、59、60、61、62、63，它们彼此靠得较近，端口外缘分别与较粗的锥形石英或玻璃管72的左端底71上的小孔一一对应并密封性连接，输出镜75与管72的右端端口密封性连接，阳极64、65、66、67、68、69、70分别与管43、44、45、46、47、48、49于左端口右5cm处连接，石英或玻璃管73与管72下部连接，总阴极74与管73连接。会聚镜76位于输出镜75之后，将输出光束变换为直径很小的平行光束，也可将输出光束作会聚、发散变换。支架77和78起支撑定位作用。

管44与管45构成一对对称折迭，管46与管47构成一对对称折迭，管48与管49构成一对对称折迭。镜50与镜75构成谐振腔，镜51、镜75与镜52构成一折迭谐振腔，镜53、镜75与镜54构成一折迭谐振腔，镜55、镜75与镜56构成一折迭谐振腔。

管内的激光介质气体在放电激励下会发出光，这种光在管44、46、48内沿管心线行进并被放大，放大后的光在镜75中心点反射后分别进入管45、47、49内并沿管心线继续传播放大，分别传至镜52、54、56处经反射后继续分别沿中心线传播并被放大，在镜75处反射后又分别进入管44、46、48继续放大，分别传至镜51、53、55处，经反射后无限重复上述行为。在镜75处的部分透射形成激光的输出。位于对称轴上的放电管43内沿纵向的光辐射在全反射镜50和输出镜75之间来回传播并被放大，其输出与其它对称折迭管的输出光束均通过各管中心线在输出镜内表面的公共交点。输出光束经会聚镜76可变换为平行光束或会聚、发散光束。

通过以下实施例可进一步对本发明中二维轴对称折迭组合的构建方法及装置有更全面的了解。

具体实施方式  例1，如附图2，取放电管7根，每根长度为1m，内径4mm，外径6mm，管43的中心线为对称轴线，其余6根管的管心线与管43的管心线位于同一平面内，管44与管45对称地安排在轴线两侧，管46与管47，管48与管49分别对称地安排在轴线两侧，7根管的右端端口中心位于垂直于对称轴线的一平面内，每相邻两管的左端口中心相距5.2cm，相邻右端口中心相距12mm，所有的管心线相交于一公共点，公共点位于平行平面输出镜75内表面中心，该中心离管43右端口中心30cm。管43、44、45、46、47、48、49左端口分别封接全反射镜50、51、52、53、54、55、56，其曲率半径均为3m，各镜光轴位于相应管的中心线。在距管43-49左端口5cm处分别封接放电阳极64、65、66、67、68、69、70。放电管43-49的右端端口57、58、59、60、61、62、63的外缘与有一定锥度的大石英或玻璃管72的大端(左端)的圆底71上的7个小孔一一对应并插入密封性连接。管72的右端与输出镜密封性封接，管72的下部中间位置接一石英或玻璃管73，管73内封接一面积较大的总阴极74。会聚镜76则将输出光束变换为平行光束或会聚、发散光束。在0.632μm波长各反射镜反射率取99.98％，输出镜75反射率为97％，透过率为3％。管内真空度达到133.3*10^-6Pa后，按Ne∶He＝1∶7-10，充混合气体0.8-1*133.3Pa。采用直流放电，每管电流5-10mA，则可从输出镜75输出较大功率的波长为0.6328μm的氦氖激光。

例2，取放电管7根，放电管的长度及位置、各反射和输出镜的曲率半径及安排、其余石英管的安排及连接均与例1相同，放电管内径为8mm，外径10mm，放电管外侧要水冷却，在10.6μm波长各全反射镜反射率取98％以上，输出镜反射率为80％，透过率20％，管内真空度达133.3*10^-3Pa后按CO₂∶N2∶He＝1∶1.2∶7.8及相近比例充混合气10-20*133.3Pa，在每管电流10-20mA直流放电激励下可从输出镜75输出较大功率的二氧化碳激光。

例3，取放电管7根，各放电管的内外管径、长度及位置、各反射和输出镜的曲率半径及安排、其余石英管的安排及连接均与例2相同，在5.3μm波长各全反射镜的反射率取98％以上，输出镜的反射率为90％，透过率10％，放电管水冷却或采用液氮冷却。管内真空度达133.3*10^-5Pa后按CO∶N₂∶He＝1∶2∶17及相近比例充均匀混合气10-20*133.3Pa，在每管电流10-20mA直流放电激励下可从镜75获得较大功率一氧化碳激光输出。

二维轴对称折迭组合型气体激光器的装置，其包括石英或玻璃放电管43、44、45、46、47、48、49，全反射镜50、51、52、53、54、55、56，输出镜75，放电阳极64、65、66、67、68、69、70，放电阴极74，锥形石英或玻璃连接管72、石英或玻璃连接管73，圆底片71，会聚镜76，支架77、78组成，放电管43、44、45、46、47、48、49的左端口分别与全反射镜50、51、52、53、54、55、56连接，管43-49的右端口57、58、59、60、61、62、63外缘与带有一一对应小孔的石英或玻璃圆底片71对应插入连接，圆底71与管72左大端连接，管72的右端与输出镜75连接，阳极64、65、66、67、68、69、70分别与管43、44、45、46、47、48、49于左端口右5cm处连接，管73与管72下部连接，阴极74与管73连接，会聚镜76位于输出镜75之后，支架77、78对激光器起支撑作用，根据本发明，所有放电管中心线位于一个平面内并相交于一点，这一点落在激光器输出镜75的内反射面中心，放电管43置于放电管组合系统的对称轴线上，管心线即为对称轴线，管44和管45的中心线相对于对称轴对称安排，管46和管47的中心线相对于对称轴对称安排，管48和管49的中心线相对于对称轴对称安排，所有放电管右端端口中心位于垂直于对称轴的一平面内，输出镜75为唯一输出镜。

本装置的优点是能将较多的放电管对称地组成一个紧凑的激光器系统，可从同一个输出镜输出激光，且激光束也有一个公共的出射点，与立体轴对称折迭组合装置不同的是它在空间方面占具的高度很小，在一些使用环境有其特殊优势。

Claims (6)

1.一种大功率气体激光器的构建方法，它包括分别构建大功率氦氖激光器、大功率二氧化碳激光器、大功率一氧化碳激光器的方法，所述方法是用石英或玻璃管作放电管，分别将多根放电管进行折迭组合，使用折迭谐振腔和二镜谐振腔，放电管内气体激光介质经放电激励后在各谐振腔的作用下，最后激光从激光器输出镜输出，由多根放电管进行折迭组合的大功率氦氖激光器的各放电管内为He、Ne气体混合物并且各谐振腔的反射镜的反射和输出镜的透射是针对0.6328μm波长的，输出氦氖激光，由多根放电管进行折迭组合的大功率二氧化碳激光器的各放电管内为CO₂、N₂、He气体混合物并且各谐振腔的反射镜的反射和输出镜的透射是针对10.6μm波长的，输出二氧化碳激光，由多根放电管进行折迭组合的大功率一氧化碳激光器的各放电管内为CO、N₂、He气体混合物并且各谐振腔的反射镜的反射和输出镜的透射是针对5.3μm波长的，输出一氧化碳激光，所述方法的特征在于将多根石英或玻璃放电管进行折迭组合是按三维或二维轴对称折迭组合方式进行，相对于多根放电管进行的轴对称折迭组合对称轴对称放置的且两管心线与该轴线同时位于一平面的两放电管为一对折迭管，每对折迭管有一个由两管端的两个全反射镜和激光器的输出镜构成的折迭谐振腔，在多根放电管进行的轴对称折迭组合的对称轴上置一单根放电管并由其一端的全反射镜和激光器的输出镜构成自己的二镜谐振腔，所有谐振腔共用一个输出镜，所有放电管的中心线和所有放电管内的气体激光束的束轴线均于输出镜内表面中心交于一点，输出光束集中且由输出镜内表面中心点以轴对称形式射出，经光学会聚镜变换便获得平行光束或会聚光束或发散光束。

2.按权利要求1的方法，所说的三维轴对称折迭组合，其特征在于在多根放电管进行的轴对称折迭组合的对称轴上置放的单根石英或玻璃放电管，其管心线位于该组合的对称轴，该组合中每对关于该组合对称轴折迭对称的放电管的管心线对称地处于同一圆锥面上，将圆锥面按顶角由小到大分为第一圆锥面，第二、第三圆锥面等，这些圆锥面以该组合的对称轴为唯一对称轴并有唯一公共顶点，多根放电管的管心线按每对折迭对称管的管心线对称地处于同一圆锥面的方法定位于这些圆锥面上。

3.按权利要求1的方法，所说的二维轴对称折迭组合，其特征在于在多根放电管进行的轴对称折迭组合的对称轴上置放的单根石英或玻璃放电管，其管心线位于该对称轴，该组合所有对称地处于该对称轴两侧的放电管的中心线处于同一平面内。

4.按权利要求1的方法，其特征在于每一个折迭谐振腔内仅包含成对折迭的两石英或两玻璃放电管，多根放电管折迭组合的输出镜为该谐振腔内光路上的折迭镜，在所有折迭谐振腔中光路上的折迭镜均为该输出镜，而且所有放电管的中心线于该输出镜内表面中心的同一交点是所有折迭谐振腔内的光路的折迭点，该点也位于多根放电管组合的对称轴上。

5.立体轴对称折迭组合型大功率气体激光器的装置，由第一石英或玻璃放电管(0)、第二石英或玻璃放电管(1)、第三石英或玻璃放电管(2)、第四石英或玻璃放电管(3)、第五石英或玻璃放电管(4)、第六石英或玻璃放电管(5)、第七石英或玻璃放电管(6)、第八石英或玻璃放电管(7)、第九石英或玻璃放电管(8)、第一全反射镜(9)、第二全反射镜(10)、第三全反射镜(11)、第四全反射镜(12)、第五全反射镜(13)、第六全反射镜(14)、第七全反射镜(15)、第八全反射镜(16)、第九全反射镜(17)、第一放电阳极(27)、第二放电阳极(28)、第三放电阳极(29)、第四放电阳极(30)、第五放电阳极(31)、第六放电阳极(32)、第七放电阳极(33)、第八放电阳极(34)、第九放电阳极(35)、总阴极(36)、第一石英或玻璃连接管(37)、第二石英或玻璃连接管(40)、石英或玻璃圆底(38)、输出镜(39)、会聚镜(41)和支架(42)组成，第一石英或玻璃放电管(0)、第二石英或玻璃放电管(1)、第三石英或玻璃放电管(2)、第四石英或玻璃放电管(3)、第五石英或玻璃放电管(4)、第六石英或玻璃放电管(5)、第七石英或玻璃放电管(6)、第八石英或玻璃放电管(7)、第九石英或玻璃放电管(8)之左端口分别与第一全反射镜(9)、第二全反射镜(10)、第三全反射镜(11)、第四全反射镜(12)、第五全反射镜(13)、第六全反射镜(14)、第七全反射镜(15)、第八全反射镜(16)、第九全反射镜(17)连接，第一石英或玻璃放电管(0)的右端(18)、第二石英或玻璃放电管(1)的右端(19)、第三石英或玻璃放电管(2)的右端(20)、第四石英或玻璃放电管(3)的右端(21)、第五石英或玻璃放电管(4)的右端(22)、第六石英或玻璃放电管(5)的右端(23)、第七石英或玻璃放电管(6)的右端(24)、第八石英或玻璃放电管(7)的右端(25)、第九石英或玻璃放电管(8)之右端(26)一一对应地插入带有小孔的圆底(38)的小孔，圆底(38)与第一石英或玻璃连接管(37)的左端连接，该第一石英或玻璃连接管(37)的右端与输出镜(39)连接，第一放电阳极(27)、第二放电阳极(28)、第三放电阳极(29)、第四放电阳极(30)、第五放电阳极(31)、第六放电阳极(32)、第七放电阳极(33)、第八放电阳极(34)、第九放电阳极(35)分别与第一石英或玻璃放电管(0)、第二石英或玻璃放电管(1)、第三石英或玻璃放电管(2)、第四石英或玻璃放电管(3)、第五石英或玻璃放电管(4)、第六石英或玻璃放电管(5)、第七石英或玻璃放电管(6)、第八石英或玻璃放电管(7)、第九石英或玻璃放电管(8)于左端口右5cm处连接，第一石英或玻璃连接管(37)中部的下部与第二石英或玻璃连接管(40)连接，总阴极(36)与这第二连接管(40)连接，会聚镜(41)位于输出镜(39)后，支架(42)通过两个带孔的圆盘(a)、(b)控制对称分布的各放电管的位置，其特征在于，第一石英或玻璃放电管(0)的中心线置于放电管组合系统的对称轴线上，第二石英或玻璃放电管(1)和第三石英或玻璃放电管(2)的中心线位于过对称轴线的水平面内，两管相对于对称轴线对称分布，第六石英或玻璃放电管(5)和第七石英或玻璃放电管(6)的中心线位于过对称轴线的竖直平面内，两管相对于对称轴线对称分布，第四石英或玻璃放电管(3)和第五石英或玻璃放电管(4)的中心线所在的平面与水平面成45度角并过对称轴线，两管相对于对称轴线对称分布，第八石英或玻璃放电管(7)和第九石英或玻璃放电管(8)的中心线所在平面垂直于第四石英或玻璃放电管(3)和第五石英或玻璃放电管(4)中心线所在平面并过对称轴线，两管相对于对称轴线对称分布，所有放电管右端端口中心位于垂直于对称轴线的一个平面内，输出镜内表面中心点位于各放电管中心线之唯一交点，输出镜(39)为唯一输出镜。

6.二维轴对称折迭组合型气体激光器的装置，由第一石英或玻璃放电管(43)、第二石英或玻璃放电管(44)、第三石英或玻璃放电管(45)、第四石英或玻璃放电管(46)、第五石英或玻璃放电管(47)、第六石英或玻璃放电管(48)、第七石英或玻璃放电管(49)、第一全反射镜(50)、第二全反射镜(51)、第三全反射镜(52)、第四全反射镜(53)、第五全反射镜(54)、第六全反射镜(55)、第七全反射镜(56)、输出镜(75)、第一放电阳极(64)、第二放电阳极(65)、第三放电阳极(66)、第四放电阳极(67)、第五放电阳极(68)、第六放电阳极(69)、第七放电阳极(70)、放电阴极(74)、锥形石英或玻璃连接管(72)、石英或玻璃连接管(73)、石英或玻璃圆底片(71)，会聚镜(76)、第一支架(77)和第二支架(78)组成，第一放电管(43)、第二放电管(44)、第三放电管(45)、第四放电管(46)、第五放电管(47)、第六放电管(48)、第七放电管(49)的左端口分别与第一全反射镜(50)、第二全反射镜(51)、第三全反射镜(52)、第四全反射镜(53)、第五全反射镜(54)、第六全反射镜(55)、第七全反射镜(56)连接，第一放电管(43)的右端(57)、第二放电管(44)的右端(58)、第三放电管(45)的右端(59)、第四放电管(46)的右端(60)、第五放电管(47)的右端(61)、第六放电管(48)的右端(62)、第七放电管(49)的右端(63)一一对应地插入带有小孔的石英或玻璃圆底片(71)的小孔，石英或玻璃圆底片(71)与锥形石英或玻璃连接管(72)左端连接，锥形石英或玻璃连接管(72)的右端与输出镜(75)连接，第一放电阳极(64)、第二放电阳极(65)、第三放电阳极(66)、第四放电阳极(67)、第五放电阳极(68)、第六放电阳极(69)、第七放电阳极(70)分别与第一放电管(43)、第二放电管(44)、第三放电管(45)、第四放电管(46)、第五放电管(47)、第六放电管(48)、第七放电管(49)于左端口右5cm处连接，石英或玻璃连接管(73)与锥形石英或玻璃连接管(72)下部连接，阴极(74)与石英或玻璃连接管(73)连接，会聚镜(76)位于输出镜(75)之后，第一支架(77)和第二支架(78)对激光器起支撑作用，其特征在于，所有放电管中心线位于一个平面内并相交于一点，这一点落在激光器输出镜(75)的内反射面中心，第一放电管(43)置于放电管组合系统的对称轴线上，管心线即为对称轴线，第二放电管(44)和第三放电管(45)相对于对称轴对称安排，第四放电管(46)和第五放电管(47)相对于对称轴对称安排，第六放电管(48)和第七放电管(49)相对于对称轴对称安排，所有放电管右端端口中心位于垂直于对称轴的一平面内，输出镜(75)为唯一输出镜。

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