[发明专利]高功率稳频激光管

说明书

本发明涉及高功率，长寿命，偏振输出，稳频气体激光器的制造工艺与技术，特别是稳频激光器中谐振腔镜片和布儒斯特角窗口片的封接工艺与技术。

稳频激光器由激光放电管和光学谐振腔组成。在激光放电管端口封接布儒斯特窗口片。以配合谐振腔保证稳频激光器输出单纵模，单横模的线偏振光。但是，布氏窗片同时也给谐振腔带来附加损耗。它主要包括三部分：

1.布氏角度误差引起的反射损耗;

2.两布氏窗片发生扭角造成的反射损耗;

3.布氏窗口由于应力双折射效应产生的各向异性损耗。

测量和计算表明，三种损耗中以第三者为最大，它是稳频激光器谐振腔损耗的主要来源，直接影响着激光器的输出功率。在现有的技术中（见刘宝联主编：“陶瓷-金属封接指南”，国防工业出版社，1990，上海激光陀螺协作组：“一米以上全外腔He-Ne激光器的制作工艺问题，”激光，1975（2），29-34，对前两种损耗都能控制在很小的范围内，但对第三种损耗则还缺乏足够的认识和积极的措施。目前稳频气体激光器的全反射镜和布氏窗口片的封接大都使用环氧树脂胶粘法，光学胶合法，或者低熔玻璃封接法等等，这些方法都将不可避免地在封接处产生较大的残余应力，形成应力双折射效应，其应力双折射效应相移视被封接材料的性质，使用的封接方法和实际制作工艺而稍有不同，一般在0.5°-2°的范围内。这使得布氏窗口片在谐振腔中相当于一个各向异性损耗元件，其呈现的各向异性损耗约在0.05%-0.9%的范围内。光学谐振腔的全反射镜也同样存在应力折射效应问题。正是由于这个原因，目前国内外市场上的稳频气体激光器的输出功率都比较低，比如腔长为110mm的6328埃He-Ne稳频气体激光器的输出功率只有0.8-1mW.

另外，用环氧树脂胶粘法封接布氏窗口片虽然工艺简单，适用性广，但是存在放出杂气污染窗口片和腔体，以及容易老化，寿命短等缺点。光胶和低熔玻璃封接工艺复杂，前者对光学加工的要求极高，后者在布氏角的制作精度上受到限制。

本发明的任务是要提供一种无应力双折射效应的软金属封接的新工艺技术。

本发明是通过如下方式实现的：采用一种熔点低，塑性好，蒸气压也极低（比如在400℃时低于10-6Pa）的软金属作为中间夹层，在布氏窗口片和激光放电管端口之间实现非匹配封接。这时在封接处形成的残余应力极小，基本消除了应力双折射效应。而且封接具有很好的气密性和牢固度，避免了常规有机粘结剂封接造成的泄漏和有机污染问题，从而提高了稳频气体激光器的寿命。整个封接过程都要在专用的封接台上进行。

图1为本发明的结构示意图。现结合附图详细说明如下：

参照附图1，作为中间加层用的软金属丝圈1.一定是经过真空熔炼的超纯软金属材料，在常温下把它加工成大小合适的环状金属丝圈，然后经过严格的化学清洗，并且始终保持洁净，布儒斯特窗口片2和激光放电管的端口3的封接表面要经过简单抛光，并且也要清洗干净，还要防止清洗后再度污染。将激光放电管端口固定在封接台4上，封接台4加工有4个深孔10，供施加封接压力的螺杆8拧入。软金属丝圈1和布氏窗口片2也按照附图1的示意图安放到位。然后在布氏窗口片2上放置装有加热器5的压块6，压块6上加放压板7，压板7通过4个加压螺杆8和螺帽9对被封接的零件施加压力。加热器5由调压器供给适当的电压，使封接处维持适当的温度。封接时的加压加温一定要保持适当的时间。真正成功的软金属封接，应该是在连接界面处形成一种新的化学键。如果被封接材料是透明的话，可以看到在封接界面处形成了一种银白色的软金属薄膜，非常致密光亮。谐振腔的全反射镜片的封接方法同上面的过程完全一样。由于软金属具有高度的可塑性，熔点低，因此能在各种热膨胀系数不同的材料之间进行非匹配封接。并且能够实现可拆卸，能调整的真空封接。

本发明的高功率，长寿命，偏振输出，稳频气体激光器具有如下的积极效果：

1.输出激光功率大，例如腔长为110mm的6328埃He-Ne稳频气体激光器输出激光功率高达2.5mW，是市场上同类激光器输出功率的2.5-3倍。

2.存放和使用寿命长，按照本发明制作的铟封接激光器已使用5年，至今仍正常工作。

3.制作工艺简单，可靠，成本低，成品率高，可调整，能拆卸，维修方便，适于推广应用。