CN1206780C - 射频激励共电极折叠双通道波导co2激光器 - Google Patents

Abstract

射频激励共电极折叠双通道波导CO₂激光器，它属于相干激光雷达中的光源。各相邻陶瓷片(1)边缘之间的缝隙与上下电极形成波导通道。其中一侧的一条波导通道被陶瓷片(1-2)与其它缝隙内的波导通道隔离形成一条独立的波导通道(2-1)，其余各条相邻波导通道相汇连通形成一个折叠的波导通道(2-2)。它由一台单一激光输出变为同时输出高功率和低功率两束激光的激光器，两光腔共电极，腔长变化趋势一致，激励条件相同，两束激光具有较高的外差频率稳定度。长光腔是折叠结构，光路分布紧凑，既延长了光腔的光程，又提高了激光输出功率，还没有增大电极长度，具有结构紧凑、易加工、低成本的优点。为相干激光雷达提供了一种紧凑、轻便、低价及高效的新型激光光源。

Description

射频激励共电极折叠双通道波导CO2激光器

技术领域：

本发明属于相干激光雷达中的光源，是一种射频激励波导CO₂激光器。

背景技术：

现有的激光相干雷达光源是由一台高功率和另一台低功率各自独立工作、单一激光输出的射频激励波导CO₂激光器组成，因而体积大、较沉重、造价高、效率低。而最新公告的申请号为98118149的专利申请是一种射频激励双通道不等长波导二氧化碳激光器电极，它的特征是二个不等长电极内有两个平行、间隔相邻、不等长的直波导通道，由于激光器长度和体积的限制其波导通道长度和光程受到限制，而且加工制造难度较大，成本高。

发明内容：

本发明是研制一种射频激励共电极折叠双通道波导CO₂激光器，使其能由一台单一激光输出变为能同时输出高功率和低功率两束激光的激光器，并具有激光输出功率高、外差频率稳定度高，结构紧凑、价廉、高效的优点。本发明由陶瓷片1、上电极12、下电极13、反射镜、真空室14、外壳15、谐振电感11、同轴电缆8组成；真空室14设置在外壳15内的底部，在真空室14内设有上电极12、下电极13，在上电极12和下电极13的同一侧上下对应的位置连接一条同轴电缆8；在上电极12与下电极13之间平行并排间隔分布有五条等厚直边的陶瓷片1，各相邻陶瓷片1边缘之间的缝隙与上电极12和下电极13之间形成直线贯通电极两端的直波导通道。其中一侧的一条直波导通道被二号陶瓷片1-2与其它缝隙内的直波导通道隔离形成一条独立的波导通道2-1，在独立的波导通道2-1的两端分别设有全反射镜7-2和部分反射镜7-1构成一个短光程激光谐振腔3-1，其余各条相邻直波导通道在端头相汇连通形成一个折叠的波导通道2-2，在折叠波导通道2-2的一个末端设有部分反射镜7-1，在折叠波导通道2-2中的其余直波导通道各端均设有全反射镜7-2，各条相邻直波导通道之间的光路连通构成一个折叠的长光程激光谐振腔3-2。本发明由一台单一激光输出变为同时输出高功率和低功率两束激光的激光器，两激光谐振腔共电极，因此腔长变化趋势一致，激励条件相同，因而两束激光具有较高的外差频率稳定度。由于长激光谐振腔是折叠结构，光路分布紧凑，既延长了激光谐振腔的光程，又提高了激光输出功率，还没有增大电极的纵向长度，而且长激光谐振腔与短激光谐振腔纵向可以等长，即电极等长，不仅使得外部形状规则美观，结构紧凑，而且易于加工，还降低了加工成本。为相干激光雷达提供了一种紧凑、小型、轻便、低价及高效的新型激光光源。

附图说明：

图1是本发明的主剖视图，图2是本发明的俯剖视图，图3是具体实施方式一中陶瓷片1及反射镜的位置分布结构示意图，图4是具体实施方式二中陶瓷片1及反射镜的位置分布结构示意图，图5是具体实施方式三中陶瓷片1及反射镜和反射光栅5的位置分布结构示意图，图6是具体实施方式四中陶瓷片1及反射镜和反射光栅5的位置分布结构示意图，图7是具体实施方式五中陶瓷片1及反射镜和反射光栅5的位置分布结构示意图。

具体实施方式：

具体实施方式一：本实施方式由陶瓷片1、上电极12、下电极13、反射镜、真空室14、外壳15、谐振电感11、同轴电缆8组成；真空室14设置在外壳15内的底部，在真空室14内设有上电极12、下电极13，在下电极13内设有冷却用的空腔流水通道，在流水通道处设有进水管13-1和出水管13-2，在上电极12和下电极13的同一侧上下对应的位置连接一条同轴电缆8；在上电极12与下电极13之间平行并排间隔分布有五条等厚直边的陶瓷片1，各相邻陶瓷片1边缘之间的缝隙与上电极12和下电极13之间形成截面为2.25×2.25平方毫米直线贯通电极两端的直波导通道。一号陶瓷片1-1、二号陶瓷片1-2和五号陶瓷片1-5为矩形，一号陶瓷片1-1和二号陶瓷片1-2之间的直波导通道与其它直波导通道隔离形成一条独立的波导通道2-1。在独立的波导通道2-1的左端设有全反射镜7-2，在独立的波导通道2-1的右端设有部分反射镜7-1，构成一个短光程激光谐振腔3-1，部分反射镜7-1是短光程激光谐振腔3-1的激光输出端。三号陶瓷片1-3和四号陶瓷片1-4为三角形，三号陶瓷片1-3与四号陶瓷片1-4交错间隔设置在二号陶瓷片1-2和五号陶瓷片1-5之间，各相邻直波导通道在端头相汇连通形成一条Z形折叠的波导通道2-2，在Z形折叠波导通道2-2的右端设有部分反射镜7-1，在Z形折叠波导通道2-2中的其余直波导通道各端均设有全反射镜7-2，各条相邻直波导通道之间的光路连通构成一个Z形折叠的长光程激光谐振腔3-2，部分反射镜7-1是长光程激光谐振腔3-2的激光输出端。在真空室14左右两端面与各条直波导通道两端相对应的位置上开有孔9，在孔9的外侧密封装配有镀ZnSe膜的透明窗片4，透明窗片4在这种激光器输出激光的波长范围内的透射率高。在外壳15与两个激光输出端激光出射方向相对应的位置上分别设有激光出射孔15-1，在上电极12与下电极13之间并联有谐振电感11，谐振电感11使电极和电感并联谐振于射频源的工作频率。各陶瓷片1可以是Al₂O₃材料，两金属板电极可以是铝质材料，各反射镜可以是平面或凹面。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是三号陶瓷片1-3、四号陶瓷片1-4为矩形，在三号陶瓷片1-3、四号陶瓷片1-4、五号陶瓷片1-5之间各直波导通道的左端设有正交全反射镜7-3，在二号陶瓷片1-2、三号陶瓷片1-3、四号陶瓷片1-4之间各直波导通道的右端设有正交全反射镜7-3，二号陶瓷片1-2、三号陶瓷片1-3、四号陶瓷片1-4、五号陶瓷片1-5之间各相邻直波导通道之间的光路连通形成一条往复U形折叠长光程谐振腔3-2。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一、二不同的是在短光程激光谐振腔3-1和长光程激光谐振腔3-2的左端用反射光栅5替代全反射镜7-2，反射光栅5斜向沿一级衍射角反射起全反射镜作用。并可通过与反射光栅5连在一起的位移器10平移反射光栅5或调整反射光栅5的自准角度，达到选取支线及调谐的目的。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一、二、三不同的是在短光程激光谐振腔3-1的右端及长光程激光谐振腔3-2的右端均设有全反射镜7-2。短光程激光谐振腔3-1左端及长光程激光谐振腔3-2左端的反射光栅5斜向沿零级衍射方向输出激光起部分反射镜作用。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一、二、三、四不同的是它还包含电光调制器6，在长光程激光谐振腔3-2内的左端设有部分反射镜7-1，在长光程激光谐振腔3-2的右端设有部分反射镜7-1和在长光程激光谐振腔3-2内的电光调制器6。长光程激光谐振腔3-2左端的反射光栅5与部分反射镜7-1组成一个类似F-P干涉仪的F-P腔，通过改变反射光栅5与部分反射镜7-1之间的距离可以选取支线及达到调谐目的。电光调制器6能周期性地形成一个激光输出峰值功率。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四相同。

工作原理：激光器真空室14内充入一定气压的CO₂混合气体，射频功率通过同轴电缆8和匹配网络传输到两电极上。气体放电时CO₂气体分子被激发辐射光子，其荧光分别在两激光谐振腔内两端的反射镜之间往复同时获得激光振荡分别输出激光。长激光揩振腔输出激光功率高，短激光谐振腔输出激光功率低。

Claims (6)

1、射频激励共电极折叠双通道波导CO₂激光器，它由陶瓷片(1)、上电极(12)、下电极(13)、反射镜、真空室(14)、外壳(15)、谐振电感(11)、同轴电缆(8)组成；真空室(14)设置在外壳(15)内的底部，在真空室(14)内设有上电极(12)、下电极(13)，在上电极(12)和下电极(13)的同一侧上下对应的位置连接一条同轴电缆(8)；在上电极(12)与下电极(13)之间平行并排间隔分布有五条等厚直边的陶瓷片(1)，各相邻陶瓷片(1)边缘之间的缝隙与上电极(12)和下电极(13)之间形成直线贯通电极两端的直波导通道，其特征在于其中一侧的一条直波导通道被二号陶瓷片(1-2)与其它缝隙内的直波导通道隔离形成一条独立的波导通道(2-1)，在独立的波导通道(2-1)的两端分别设有全反射镜(7-2)和部分反射镜(7-1)构成一个短光程激光谐振腔(3-1)，其余各条相邻直波导通道在端头相汇连通形成一个折叠的波导通道(2-2)，在折叠波导通道(2-2)的一个末端设有部分反射镜(7-1)，在折叠波导通道(2-2)中的其余直波导通道各端均设有全反射镜(7-2)，各条相邻直波导通道之间的光路连通构成一个折叠的长光程激光谐振腔(3-2)。

2、根据权利要求1所述的射频激励共电极折叠双通道波导CO₂激光器，其特征在于各相邻陶瓷片(1)边缘之间的缝隙与上电极(12)和下电极(13)之间形成截面为2.25×2.25平方毫米直线贯通电极两端的直波导通道，一号陶瓷片(1-1)、二号陶瓷片(1-2)和五号陶瓷片(1-5)为矩形，一号陶瓷片(1-1)和二号陶瓷片(1-2)之间的直波导通道与其它直波导通道隔离形成一条独立的波导通道(2-1)，在独立的波导通道(2-1)的左端设有全反射镜(7-2)，在独立的波导通道(2-1)的右端设有部分反射镜(7-1)，构成一个短光程激光谐振腔(3-1)，三号陶瓷片(1-3)和四号陶瓷片(1-4)为三角形，三号陶瓷片(1-3)与四号陶瓷片(1-4)交错间隔设置在二号陶瓷片(1-2)和五号陶瓷片(1-5)之间，各相邻直波导通道在端头相汇连通形成一条Z形折叠的波导通道(2-2)，在Z形折叠波导通道(2-2)的右下端设有部分反射镜(7-1)，在Z形折叠波导通道(2-2)中的其余直波导通道各端均设有全反射镜(7-2)，各条相邻直波导通道之间的光路连通构成一个Z形折叠的长光程激光谐振腔(3-2)。

3、根据权利要求1所述的射频激励共电极折叠双通道波导CO₂激光器，其特征在于三号陶瓷片(1-3)、四号陶瓷片(1-4)为矩形，在三号陶瓷片(1-3)、四号陶瓷片(1-4)、五号陶瓷片(1-5)之间各直波导通道的左端设有正交全反射镜(7-3)，在二号陶瓷片(1-2)、三号陶瓷片(1-3)、四号陶瓷片(1-4)之间各直波导通道的右端设有正交全反射镜(7-3)，二号陶瓷片(1-2)、三号陶瓷片(1-3)、四号陶瓷片(1-4)、五号陶瓷片(1-5)之间各相邻直波导通道光路连通形成一条往复U形折叠长光程谐振腔(3-2)。

4、根据权利要求1所述的射频激励共电极折叠双通道波导CO₂激光器，其特征在于在短光程激光谐振腔(3-1)和长光程激光谐振腔(3-2)的左端用反射光栅(5)替代全反射镜(7-2)。

5、根据权利要求1或4所述的射频激励共电极折叠双通道波导CO₂激光器，其特征在于在短光程激光谐振腔(3-1)的右端及长光程激光谐振腔(3-2)的右端均设有全反射镜(7-2)。

6、根据权利要求1或4所述的射频激励共电极折叠双通道波导CO₂激光器，其特征在于它还包含电光调制器(6)，在长光程激光谐振腔(3-2)内的左端设有部分反射镜(7-1)，在长光程激光谐振腔(3-2)的右端设有部分反射镜(7-1)和在长光程激光谐振腔(3-2)内的电光调制器(6)。

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