專(zhuān)利名稱(chēng)：射頻快軸流二氧化碳激光器容性電極的設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種容性電極的設(shè)計(jì)方法，特別是射頻激勵(lì)快軸流CO2激光器容性電極的設(shè)計(jì)方法。
目前射頻快軸流CO2激光器的電極，例如歐洲專(zhuān)利87104902.9號(hào)，提出兩射頻電極距放電管的距離，沿氣流方向呈線(xiàn)性變化。另外，在放電管氣流入口處的電極與放電管之間，放置一個(gè)相對(duì)介電常數(shù)為2的介質(zhì)環(huán)，見(jiàn)附

圖1，圖中1是電極，2是放電管，3是介質(zhì)環(huán)。這種電極的放電均勻性是通過(guò)目測(cè)，并調(diào)節(jié)電極間的距離來(lái)達(dá)到的。
但這種電極還存在以下缺點(diǎn)1、不管怎樣調(diào)節(jié)電極間距離，圖1中的電極在放電管氣體出口端總是產(chǎn)生一段不均勻輝光區(qū)。這種不均勻的程度隨著充氣的氣壓、風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、體積抽速、氣體管道的流阻、放電管內(nèi)徑及長(zhǎng)度、氣體的配比、射頻功率的大小而不等，特別在高氣壓大射頻功率下，這種不均勻性更趨嚴(yán)重。
2、介質(zhì)環(huán)的置入，雖然提高了氣流入口處的高頻場(chǎng)強(qiáng)，但也引起了高頻場(chǎng)的畸變，使此處氣體放電不均勻。
3、由于是用目測(cè)法來(lái)調(diào)節(jié)電極之間的距離，這就會(huì)因?yàn)檎{(diào)節(jié)誤差，而使場(chǎng)強(qiáng)過(guò)高，甚至使激光器放電管燒熔，而燒熔的玻璃碎屑如被大氣壓入循環(huán)風(fēng)機(jī)或散熱器，將很難維修。
由于上述缺陷的存在，使整個(gè)激光器的光電轉(zhuǎn)換效率降低，最高只達(dá)到15%左右。
為了克服現(xiàn)有射頻激勵(lì)快軸流CO2激光器容性電極存在的缺點(diǎn)，使激光氣體沿放電管軸向均勻放電，特作出本發(fā)明。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)方法，是根據(jù)高頻氣體放電理論，在高頻氣體放電中，當(dāng)f≥10MH1在高氣壓下工作時(shí)，氣體擊穿的等效場(chǎng)強(qiáng)E1為E1/P＝A (1)式中P為氣體壓強(qiáng)，A為常數(shù)。
由(1)式得出氣體的高頻著火場(chǎng)強(qiáng)與氣壓成正化。
對(duì)于容性電極，其電場(chǎng)強(qiáng)度E＝V/d(2)
V為電極上電壓，d為電極間距離。
令E＝E1則有PA＝V/d亦Pd＝V/A(3)因?yàn)榻饘匐姌O表面是個(gè)等位面，沿軸向整個(gè)電極V是唯一值，又因?yàn)锳是常數(shù)，所以可以得出沿放電管軸向P.d是一定值。但不同工作狀態(tài)下的P.d只對(duì)應(yīng)于不同電壓。
附圖2電極的d曲線(xiàn)，附圖3是曲線(xiàn)電極，附圖4是折線(xiàn)電極。
用本發(fā)明的設(shè)計(jì)方法做出的曲線(xiàn)或折線(xiàn)電極，有以下優(yōu)點(diǎn)1、消除了歐洲專(zhuān)利87104902.9號(hào)的電極所固有的出氣段放電不均勻性，也消除了介質(zhì)環(huán)造成的放電不均勻性，從而改善了激光器的光電轉(zhuǎn)換效率。
2、本設(shè)計(jì)包含了氣體循環(huán)風(fēng)機(jī)，管道流阻、氣體配比、氣體壓力、放電管長(zhǎng)短、內(nèi)徑、散熱器的容量、射頻功率大小等多種參數(shù)對(duì)氣體輝光放電均勻性的全部影響。
3、由于本發(fā)明的設(shè)計(jì)方法給出了電極的制造、裝配的精確尺寸，無(wú)需目測(cè)來(lái)調(diào)節(jié)電極距，因而避免了玻璃放電管的擊穿，保護(hù)了激光器。
權(quán)利要求
1.一種射頻激勵(lì)快軸流CO2激光器容性電極的設(shè)計(jì)方法，其特征在于a、選定放電管氣體入口電極尾處的氣壓P0，放電管外徑d0，令P0d0=A；b、在激光器工作條件下，冷態(tài)測(cè)量放電管沿軸向的靜壓分布；c、然后用放電管上各點(diǎn)測(cè)得的氣壓值去除A，就得到各相應(yīng)氣壓點(diǎn)的電極距d= (A)/(P)d、在縱坐標(biāo)為d，橫坐標(biāo)為沿氣流方向放電管位置位標(biāo)Y的平面上繪制d的曲線(xiàn)或折線(xiàn)，完成了容性電極的冷態(tài)設(shè)計(jì)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種射頻激勵(lì)快軸流CO2激光器容性電極的設(shè)計(jì)方法，其特征在于用該方法做出的電極需有一個(gè)熱修正，即a、將裝了冷態(tài)設(shè)計(jì)的電極的激光器輸入射頻功率，使器件工作在最佳狀態(tài)。c。記錄風(fēng)機(jī)進(jìn)出口高速氣流的靜壓差，根據(jù)熱態(tài)下的氣體靜壓分布曲線(xiàn)，再使用d＝ (A)/(P) 如權(quán)利要求1中a-d所述的設(shè)計(jì)方法重復(fù)設(shè)計(jì)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種射頻激勵(lì)快軸流CO2激光器容性電極的設(shè)計(jì)方法的熱態(tài)修正，其特征在于，也可以用激光器熱態(tài)運(yùn)行時(shí)的風(fēng)機(jī)進(jìn)出口的壓差，在冷態(tài)下，改變充氣壓力，讓風(fēng)機(jī)進(jìn)出口的的壓差與之相等，然后測(cè)量沿放電管的氣體靜壓分布曲線(xiàn)，再使用如權(quán)利要求1中a-d所述的設(shè)計(jì)方法，就得到了工作狀態(tài)下的電極尺寸。
全文摘要
本發(fā)明涉及射頻激勵(lì)快軸流CO本發(fā)明的設(shè)計(jì)方法是先選定放電管氣體入口電極尾處的氣壓P
文檔編號(hào)H01S3/038GK1069149SQ9110535
公開(kāi)日1993年2月17日 申請(qǐng)日期1991年7月31日 優(yōu)先權(quán)日1991年7月31日
發(fā)明者高允貴, 茆曉華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所