本发明专利技术公开了一种电池组横向激励大气压CO2激光器，涉及CO2激光器技术，该激光器采用四节普通干电池串联供电，能以最高5Hz的重复频率方式稳定运转。整个系统由控制激励单元和激光头单元组成。其中控制激励单元包括电池组、逆变、升压、整流、储能、高压触发等模块。激光头包括密封腔体、光学谐振腔、预电离与主放电电极。本发明专利技术装置特点在于采用内置电池组方式，应用开关电源技术，在紧凑空间内实现激光脉冲的稳定输出，便于野外携带，适合各种平台搭栽，在激光目标指示中有着良好的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光技术，特别是ー种可实现电池组供电的稳定运转的横向激励大气压CO2激光器装置。
技术介绍
1970年，Beaulieu等人首次报导了均匀激励的并且能在大气压下实现稳定自持辉光放电的脉冲横向激励大气压CO2激光器。该型激光器采用高压窄脉冲激励(放电脉冲的宽度一般为几微秒)，可以得到很高的脉冲峰值功率。输出脉冲能量为焦耳量级的横向激励大气压CO2激光器，其输出的脉冲峰值功率可达几十兆瓦，是连续波CO2激光器不可比拟的。 综合国内外研究现状(參见1、《孙宇，曲彦臣，赵卫疆等.小型化高能输出TEAC02 激光器的实验研究[J]·激光与红外，2007，37 (9) :835-336)), 2,((Katsumi Midorikawa,Hidekazu Hatanaka, S Minoru Obarat Hideo Tashirot A IkHz repetition—rate500W CO2 TEA laser employing solid-state pulse power conditioning Meas. Sci.Technoi. 1993，4 :388-391.》)通常组成横向激励大气压CO2激光器系统的各个单元，诸如激光头単元、电源激励単元和控制单元多为分立结构。激光器光电能量转化所需电能由电缆通过外接电源提供。各単元相互独立，系统结构复杂，限制了该类激光器系统在野外的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是公开ー种电池组横向激励大气压CO2激光器，在一个紧凑的空间内，实现横向激励大气压CO2激光器的激光脉冲稳定输出，以其独立的供电模式和200mmX 200mmX 380mm的紧凑结构，便于野外使用。为实现上述目的，本专利技术的技术解决方案是ー种电池组横向激励大气压CO2激光器，采用内置普通干电池供电的开关电源技术，为激光输出提供所需泵浦能量，系统以最高5Hz的重复频率方式稳定运转；其包括控制激励単元和激光头単元；其中，控制激励単元包括电池组、逆变、升压、高压整流、高压储能、高压触发模块；激光头单元包括密封腔体、光学谐振腔、预电离与主放电电极；激光电源开启后，激光器储能电容迅速充至设定电压；控制电路触发高压开关导通瞬间，预电离电容感应出高压，由于阴极与预电离之间间隙彡0. 1mm，首先放电产生紫外电晕；在紫外电晕预电离的作用下，主电极间电子迅速増加，在主电极间形成均匀气体辉光放电激励场，激光脉冲在谐振腔内振荡输出。所述的电池组横向激励大气压CO2激光器，其所述控制激励単元，使用时，四节I. 5V干电池作为直流电源提供激励所需电能，通过MAX1771芯片组成的BOOST电路升压至直流12V，再经MAXl771芯片组成的BOOST电路，将直流12V供电电压升至直流150V左右，作为触发变压器初级电容的充电电压；采用NE555芯片组成振荡电路，驱动场效应管IRF540，将直流12V电压通过逆变调制为高频交流电；再由高频变压器升压至设定电压后整流滤波得到直流高压充入储能电容；高压开关一经触发，能量迅速注入电极形成均匀放电场。所述的电池组横向激励大气压CO2激光器，其所述光学谐振腔、紫外电晕预电离与主电极密封集成在一个金属腔体内，构成激光头。所述的电池组横向激励大气压CO2激光器，其所述光学谐振腔为两面平行的反射镜，其中输出镜为部分反射镜，其反射率根据激光工作介质的增益不同在30%到90%之间，其面型根据谐振腔类型为平面或球面；作为后腔镜的反射镜，为无氧铜基底经过超精铣或超精车加工而成，表面镀金膜或介质膜加以保护，其面型根据谐振腔类型为平面或球面。所述的电池组横向激励大气压CO2激光器,其所述输出镜,其材质为CO2红外激光波段窗口材料硒化锌、锗和砷化镓其中之一；在波长可调谐CO2激光器中，所述后腔镜是一面闪耀光栅。 所述的电池组横向激励大气压CO2激光器，其所述激光工作介质，为C02、N2, He其中之一或它们的混合气。所述的电池组横向激励大气压CO2激光器，其所述紫外电晕预电离，为轴向管状预电离，其管壁为0. 8mm-1. 2mm厚石英材质，石英管内径为内壁镀0. 05mm-0. 15mm金属膜层，石英管外壁紧贴主电极阴极。所述的电池组横向激励大气压CO2激光器，其所述主电极包括阳极和阴极，阳极和阴极为合金铝质电极，电极放电区为一平面，与侧面采用圆弧面平滑过渡，阳极和阴极电极间距根据增益体积从8mm到15mm可调。所述的电池组横向激励大气压CO2激光器，其所述控制电路触发高压开关导通，是低电平触发信号经触发电路升压至20kV，触发高压开关导通，当高压开关被触发导通瞬间，预电离电容感应出高压，在阴极与预电离之间放电产生紫外电晕。综上所述，本专利技术采用内置式直流电源供电的方式，实现横向激励大气压CO2激光器的激光脉冲稳定输出，以其紧凑的结构和规整的外形便于携带，适合野外使用。附图说明图I为电池组横向激励大气压0)2激光器主要电路原理图，其中，图Ia为5V至12V直流升压电路，图Ib为12V至150V直流升压电路，图Ic为12V至20kV直流升压电路，图Id为5V电池组供电，横向激励大气压CO2激光器电路的系统连接框图。图2为电池组横向激励大气压CO2激光头结构示意图。图3为电池组横向激励大气压CO2激光器系统结构不意图。图4为电池组横向激励大气压CO2激光器在不同腔内气压条件下，输出能量对应于放电电压的关系曲线。具体实施例方式为进一步说明本专利技术的特征和结构，下面结合附图对本专利技术作详细描述。图2为本专利技术电池组横向激励大气压CO2激光头单元结构示意图。其中，图2a为剖视图，图2b为立体图。激光头单元的密封腔体由铝质圆桶I、腔体端板2和针阀3组成。阳极4、阴极6与紫外预电离装置8构成激光头放电增益单元。5、7、9分别为阳极与阴极的连接支架。10为直流高压的接入端。光学谐振腔由全反镜12和输出镜14与其相适应的高精度两维可调节镜座11和13组成。图3为电池组横向激励大气压CO2激光器系统结构意图。15为激光头单兀，16、17为前后面板，其中前面板16为操作控制面板，上面分布了显控液晶屏18与控制按钮，并与电源控制板20组成控制单元。电池组19、电源控制板20、高频变压器21、整流滤波板22、储能电容23以及高压开关24组成电源激励单元。实施例I、激光头的设计 电池组横向激励大气压CO2激光头的结构如图2所示。激光头主放电电极、紫外预电离电极等均安装在密闭的腔体内。激光头的腔体为一次成型铝管制成，两端采用方型铝制端板结合硅橡胶圈实现密封。利用合金铝作为激光器腔体的材料，一方面可以得到较高的机械强度，另一方面也可以有效屏蔽高压气体放电产生的强烈电磁辐射，以保证激光器的测量和控制系统不受电磁干扰的影响。为进一步提高激光腔体内部的真空度，激光器腔体内壁采用抛光处理，以降低杂气率。主放电电极采用改进的张氏电极，电极材料为合金铝,有效放电体积为200_X5_X5mm。激光器的预电离源采用电晕紫外预电离方式，两组预电离源分别放置在主放电阴极的两侧。激光器采用紧凑型结构设计，腔内绝缘距离有限。考虑到高压绝缘的要求，在20kV直流高压接入电极时，采用尼龙绝缘套杆深埋高压引线的处理方式，在密封腔体的同时，巧妙地将高压安全可本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.ー种电池组横向激励大气压0)2激光器，采用内置普通干电池供电的开关电源技木，为激光输出提供所需泵浦能量，系统以最高5HZ的重复频率方式稳定运转；其特征在于，包括控制激励単元和激光头単元；其中，控制激励単元包括电池组、逆变、升压、高压整流、高压储能、高压触发模块；激光头单元包括密封腔体、光学谐振腔、预电离与主放电电极； 激光电源开启后，激光器储能电容迅速充至设定电压；控制电路触发高压开关导通瞬间，预电离电容感应出高压，由于阴极与预电离之间间隙彡O. 1mm，首先放电产生紫外电晕；在紫外电晕预电离的作用下，主电极间电子迅速増加，在主电极间形成均匀气体辉光放电激励场，激光脉冲在谐振腔内振汤输出。2.如权利要求I所述的电池组横向激励大气压0)2激光器，其特征在于，所述控制激励単元，使用吋，四节I. 5V干电池作为直流电源提供激励所需电能，通过MAX1771芯片组成的BOOST电路升压至直流12V，再经MAX1771芯片组成的BOOST电路，将直流12V供电电压升至直流150V左右，作为触发变压器初级电容的充电电压；采用NE555芯片组成振荡电路，驱动场效应管IRF540，将直流12V电压通过逆变调制为高频交流电；再由高频变压器升压至设定电压后整流滤波得到直流高压充入储能电容；高压开关一经触发，能量迅速注入电极形成均匀放电场。3.如权利要求I所述的电池组横向激励大气压0)2激光器，其特征在于，所述光学谐振腔、紫外电晕预电离与主电极密封集成在ー个金属腔体内，构成激光头。4.如权利要求I所述的电池组横向激励大...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑义军，谭荣清，孙科，王东蕾，刘世明，张阔海，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：
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