專利名稱：多功能單模圓柱形微波諧振腔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種多功能單模圓柱形微波諧振腔，特別涉及橫向磁場(TM010)模圓柱形微波諧振腔，屬于激勵氣體激光器技術(shù)領(lǐng)域。
現(xiàn)有微波激勵氣體激光器中的圓柱形微波激勵諧振腔，腔內(nèi)是復(fù)雜的多模磁場分布，并隨不同的激光工作氣體與不同的管殼而變化，不利于產(chǎn)生均勻和穩(wěn)定的激光輸出。
本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種對不同激光工作氣體和不同管殼材料的氣體激光管均可產(chǎn)生均勻穩(wěn)定的電磁場TM010模，并可輸出穩(wěn)定激光的圓柱形微波諧振腔，并可通過測量諧振頻率漂移，實現(xiàn)測量激光管管殼材料的微波介電系數(shù)和等離子體電子密度的功能，以便制成介質(zhì)材料微波介電系數(shù)測試儀和等離子參量測試儀。
本實用新型可由圓柱形金屬筒、諧振調(diào)節(jié)裝置、輸入端和輸出端組成，其特點是諧振調(diào)節(jié)裝置采用螺釘式調(diào)諧器。螺釘式調(diào)諧器可采用4排(相隔90°)均勻分布的調(diào)諧螺釘，用于調(diào)節(jié)諧振腔的諧振頻率，以便使含不同激光工作氣體和不同管殼材料的氣體激光器的微波諧振腔均能諧振在TM010模。對于調(diào)諧螺釘不足以補(bǔ)償諧振頻率的漂移時，由于M010模諧振頻率只與腔的直徑有關(guān)，因此可以在腔內(nèi)壁設(shè)置4條對稱分布的可裝卸的弧形金屬脊，這相當(dāng)于改變腔的內(nèi)徑，實現(xiàn)寬范圍調(diào)節(jié)諧振頻率，以便足以補(bǔ)償諧振頻率的顯著漂移，使不同管殼與激光工作氣體的激光管均能被TM010模(諧振頻率為2450MHz)激勵。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，它可以使不同激光工作氣體和管殼的激光管產(chǎn)生均勻和穩(wěn)定的微波等離子體，以便能形成穩(wěn)定的激光輸出，同時，還可以通過測量諧振頻率的漂移量，測出氣體激光器管殼微波介電系數(shù)和等離子體電子密度，具有多功能的特點。


圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)的正視剖面示意圖；圖2為圖1中A-A剖面示意圖；圖3為金屬脊結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為激光管管殼微波介電系數(shù)和等離子體電子密度測量裝置方框圖。
本實用新型可采用附圖所示的方案實現(xiàn)。圖1和圖2中的諧振腔體1采用圓柱形金屬筒結(jié)構(gòu)；4排調(diào)節(jié)螺釘2呈對稱分布，每排螺釘根據(jù)實際需要決定，圖中以7個螺釘為例；可裝卸的金屬脊3采用4根弧形金屬條(例如銅條)，通過螺釘對稱地連接在腔內(nèi)壁上，軸向長度略小于腔長，金屬脊的結(jié)構(gòu)可采用圖3所示的方案；輸入端可通過可調(diào)耦合探針4與微波信號相連接；輸出端的探針5與晶體檢波器連接；氣體激光管6沿腔軸放置，激光管管軸與腔軸重合。例如微波腔腔長為280mm，內(nèi)徑(2a)為88.2mm、外徑108mm、調(diào)諧螺釘為M16(共28個)，每個螺釘在腔內(nèi)最大長度為25mm，28個調(diào)諧螺釘使腔諧振頻率調(diào)諧范圍為0～4％之間。金屬脊可采用圖3所示的結(jié)構(gòu)，例如采用弧形黃銅條的弧長S為50mm，長度l為276mm，厚度t可采用三種結(jié)構(gòu)，t1＝2.3mm，t2＝5.2mm，t3＝8mm，根據(jù)不同的激光管可選擇4根相同厚度的金屬脊構(gòu)成螺釘式調(diào)諧器，三種厚度的金屬脊與調(diào)諧螺釘配合可使調(diào)諧范圍達(dá)到4～8％、8～12％和12～16％，例如管殼外徑為9.4mm、內(nèi)徑(2b)為2.5mm、氣壓為2.5乇、He∶Ne＝7∶1的He-Ne激光管，其諧振頻率漂移
，可選厚度為2.3mm的金屬脊；又如管殼外徑為12mm、內(nèi)徑為5mm、氣壓為1乇、He∶Ne＝7∶1的He-Ne激光管，其諧振頻率漂移
，則可選厚度為5.2mm的金屬脊。測量激光管管殼微波介電系數(shù)和等離子體電子密度可采用圖4所示的方案，微波信號發(fā)生器8通過衰減器9與微波諧振腔10的輸入端可調(diào)耦合探針4連接，微波諧振腔10的輸出端探針5通過晶體檢波器11與測量放大器12連接，微波信號發(fā)生器8可采用xB7標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器，衰減器9可采用10db同軸衰減器，測量放大器12可采用FD-1測量放大器。調(diào)節(jié)全部調(diào)諧螺釘，使其端面與諧振腔內(nèi)壁表面平齊，調(diào)節(jié)微波信號頻率，當(dāng)測量放在器指示最大值時，則為某一模式的諧振頻率。由于TM010模的諧振頻率不隨微波諧振腔腔長而變化，為了便于確定TM010模諧振腔的腔體可采用組合式結(jié)構(gòu)，即圓柱形金屬筒的一部分為可裝卸腔體，可裝卸腔體可以為一節(jié)，也可以為多節(jié)，圖1中所示的可裝卸腔體7為兩節(jié)。通過改變腔體長度，確定未放入激光管時的TM010模的諧振頻率ω0(空腔諧振頻率)，再將激光管插入微波諧振腔內(nèi)，分別測得有管殼而無等離子放電時的諧振頻率ω1和等離子體放電時的諧振頻率ω2，則可得諧振頻率漂移量Δω1＝ω1-ω0和Δω2＝ω2-ω1，根據(jù)公式
可得激光管管殼微波介電系數(shù)ε3，其中ε0為空氣介電常數(shù)，d1和d2分別是激光管管殼的外徑和內(nèi)徑，a是諧振腔的內(nèi)半徑。根據(jù)公式
和
可得等離子體電子密度ne，其中J12(2.405)＝0.53，2b和2a分別是激光管管殼內(nèi)徑和微波諧振腔內(nèi)徑，ε0為空氣介電常數(shù)，e和m分別為電子電荷和電子質(zhì)量。
權(quán)利要求1.一種多功能單模圓柱形微波諧振腔，由圓柱形金屬筒、諧振調(diào)節(jié)裝置、輸入端和輸出端組成，其特征在于諧振調(diào)節(jié)裝置采用螺釘式調(diào)諧器，調(diào)諧器的調(diào)節(jié)螺釘采用4排(相隔90°)均勻分布結(jié)構(gòu)，諧振腔內(nèi)壁設(shè)置4條對稱分布的可裝卸的弧形金屬脊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能單模圓柱形微波諧振腔，其特征在于圓柱形金屬筒一部分可裝卸腔體的組合式結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多功能單模圓柱形微波諧振腔，其特征在于金屬脊采用弧形黃銅條，其弧長為50mm，長度為276mm，厚度為2.3mm、5.2mm或8mm。
專利摘要多功能單模圓柱形微波諧振腔是一種用于激勵氣體激光器的諧振腔,由圓柱形金屬筒、諧振調(diào)節(jié)裝置、輸入端和輸出端組成,諧振調(diào)節(jié)裝置可采用4排均勻分布的調(diào)諧螺釘,還可在腔內(nèi)壁設(shè)置4條對稱分布的可裝卸的弧形金屬脊,它不僅可以使不同激光工作氣體和管殼的激光管產(chǎn)生均勻和穩(wěn)定的微波等離子體,以便能形成穩(wěn)定的激光輸出,而且可用于測量氣體激光管管殼的微波介電系數(shù)和等離子體電子密度,具有多功能的特點。
文檔編號H01S3/08GK2291727SQ9622380
公開日1998年9月16日 申請日期1996年10月8日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月8日
發(fā)明者徐國昌 申請人:東南大學(xué)