控制激光器系統的有效工作溫度的方法和裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種控制激光器系統有效工作溫度的方法和裝置，所述激光器系統主要包括氣體高壓放電腔體，該放電腔體在氣體高壓放電工作過程中產生熱量，所述方法包括如下步驟：在激光器系統的開機過程中，對激光器系統的放電腔體進行預加熱，使所述放電腔體達到有效工作溫度；在激光器系統的放電腔體達到有效工作溫度后，停止加熱，開啟放電腔氣體高壓放電工作運轉，而后針對所述放電腔體高壓放電運轉產熱進行冷卻散熱，使該放電腔體維持在有效工作溫度。本發明專利技術綜合利用了加熱和冷卻兩方面的措施，可以有效地減少激光器系統的預熱時間，減少能源消耗，同時有效散熱，控溫精度高，保障激光器系統在有效工作溫度條件下的有效運轉。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及激光器
，具體涉及ー種控制激光器系統的有效工作溫度的方法和裝置。
技術介紹
氣體激光器以特征氣體為工作介質，針對相關應用，通過有效的高壓氣體放電(或激光激勵)激勵氣體產生粒子數反轉，形成相應激光波長的激光輻射輸出。針對某些特征氣體的氣體激光器，使其有效運轉的有效工作溫度(能量輸出、能量穩定性、光束質量等激光指標參數的最優化輸出溫度條件)常高于室溫，同時由于涉及到高壓氣體放電過程，激光腔體內部會伴隨產生大量的熱量積聚，過高的腔體溫度將嚴重影響激光器運轉效能，所以有效的溫度控制和腔體散熱措施是保障氣體激光器良好運轉的重要環節。 密閉腔體中具有特定成分配比的氣體介質在高壓放電激勵的條件下，通過維持和保障放電電極之間的有效電子密度，形成針對特征增益氣體介質的有效轟擊泵浦，進而借助于粒子數的反轉實現有效的特征波長激光輻射，最終在激光諧振腔的作用下形成放大的激光輸出。針對于電激勵氣體激光器系統，電光轉換效率較低，通常低于5%，所以在激光器系統運轉過程中，激勵電能的注入只有很少一部分被轉化為激光輸出，而其他大部分電能注入則主要被轉化為熱能存在于腔體內部，對于維持有效氣體放電會產生負面的影響。借助于腔體內部的氣體循環系統和冷卻散熱系統，熱量被有效帶出腔外，從而維持腔內電極放電環境的穩定，保障激光器系統工作的正常運轉。傳統的腔體散熱機制主要通過傳導、對流和輻射手段，借助于冷卻介質(諸如水等)在相關外部冷卻裝置與腔體內部特征設計的散熱器件中的循環流動，實現有效散熱，維持激光器系統有效運轉過程中的腔體溫度恒定。盡管利用這ー方法可以有效地實現腔體散熱，但是涉及某些有效溫度運轉的氣體激光器，諸如ArF氣體激光器，其有效溫度在40°C 45°C左右，單純依靠冷卻散熱的方法會導致工作溫度控制精度較低；同時在激光器系統開機后，無論是否開啟冷卻散熱系統，激光器達到有效工作溫度的預熱時間必須通過足夠長的高壓氣體放電過程來保障，這在一定程度上對于氣體介質、電能以及人為等待時間等都將造成較大的無為消耗。圖I所示為用于氣體激光器的傳統的有效工作溫度控制方法的示意圖。如圖I所不，在激光器系統I包括有ー個冷卻散熱系統，該冷卻散熱系統包括有散熱器件3和冷卻系統2，該散熱器件3與冷卻系統2通過管道4相互連通。在散熱器件3、冷卻系統2及管道4內充有傳熱介質，例如水等液體。散熱器件3用于吸收激光器系統I產生的熱量，冷卻系統2用于冷卻傳熱介質，并使傳熱介質在散熱器件3與冷卻系統2之間循環流動。在激光器系統I運轉過程時，氣體高壓放電激勵，注入電能中除極少部分轉化為相應激光輻射外，大量的電能注入轉化為腔體內的熱能，產生大量的熱量。此時，散熱器件3吸收腔體所產生的熱量，通過傳熱介質在散熱器件3與冷卻系統2之間的循環，將被加熱的傳熱介質帶出激光器系統，并將冷卻后的傳熱介質輸送加散熱器件2。如圖I所示，傳統的冷卻散熱系統控制激光器的有效工作溫度的方法是在管道4上安裝一個流量控制器6，并在激光器系統I內部設置一個溫度探測器5，溫度探測器5與流量控制器6電性連接，流量控制器6根據所檢測到的激光器系統I的溫度來控制管道4內的傳熱介質的流量，以控制散熱器件3的散熱速率，從而控制激光器系統I的有效工作溫度。由此可見，利用冷卻系統2和散熱器件2散熱的方法能夠通過流量控制、溫度反饋的手段較好的實現腔體降溫的效果，平衡腔體內的熱量耗散。但是，對于放電腔體的有效工作溫度的穩定和維持卻不大容易實現，經常出現腔體有效溫度穩定精度差、調整時間過長等不足，對于充分發揮激光器系統使用效能存在不足，在一定程度上影響了輸出激光指標參數，這一現象在高重復頻率運轉脈沖氣體激光器中顯得 尤為突出。另外，由于室溫條件下激光器腔體溫度與激光器有效工作溫度的差異，導致激光器開啟后預熱過程時間較長，必須依靠相對高重復頻率氣體放電過程來提升腔體溫度。較長的等待時間又同時會帶來激光氣體的消耗和機械光學元件的磨損，激光器系統使用壽命相應降低。
技術實現思路
(一 )要解決的技術問題本專利技術所要解決的技術問題是針對當前氣體激光器技術中采用的單純冷卻控溫，對于某些適宜于工作在有效溫度的氣體激光器系統而言，存在預熱時間長、控溫能力差的缺點，從而最終影響和降低系統的運轉效能。(二)技術方案為了解決上述技術問題，本專利技術提出一種控制激光器系統的有效工作溫度的方法，所述激光器系統包括放電腔體，該放電腔體在工作過程中產生熱量，所述方法包括如下步驟對激光器系統的放電腔體進行預加熱，使所述放電腔體達到有效工作溫度；在所述放電腔體達到有效工作溫度后，所述放電腔體進行放電，同時，對所述放電腔體進行冷卻散熱，使該放電腔體維持在有效工作溫度。根據本專利技術的一個具體實施方式，在對所述放電腔體進行預加熱的后期，開始冷卻散熱，并使此時的冷卻散熱速率低于所述放電腔體在達到有效工作溫度后的冷卻散熱速率。根據本專利技術的一個具體實施方式，在所述放電腔體溫度達到有效工作溫度后，逐步提高冷卻散熱的速率，以緩沖所述放電腔體在加熱過程中產生的溫升過沖。根據本專利技術的一個具體實施方式，在放電腔體達到有效工作溫度時，不立即停止加熱，并維持加熱一段時間。根據本專利技術的一個具體實施方式，當放電腔體的溫度達到在有效工作溫度時，使冷卻速率變小，同時使加熱功率變小，以保證放電腔體維持在所述有效工作溫度。根據本專利技術的一個具體實施方式，在放電腔體的整個放電過程中，保持加熱，并通過調節加熱功率，使放電腔體維持在所述有效工作溫度。本專利技術還提出一種控制激光器系統的有效工作溫度的裝置，激光器系統包括放電腔體，該放電腔體在工作過程中產生熱量，所述裝置包括一個冷卻散熱系統，該裝置還包括一個加熱裝置，其用于在激光器系統的開機過程中對所述放電腔體進行預加熱。根據本專利技術的ー個具體實施方式，其特征在于，所述加熱裝置可以是ー個加熱帯，并安裝在所述放電腔體的底部。根據本專利技術的ー個具體實施方式，所述冷卻散熱系統包括有控制冷卻散熱速率的控制裝置，在對所述放電腔體進行預加熱后期，該控制裝置控制所述冷卻散熱系統開始冷卻散熱，并使此時的冷卻散熱速率低于所述放電腔體在達到有效工作溫度后的冷卻散熱速率。根據本專利技術的ー個具體實施方式，所述冷卻散熱系統包括散熱器件和冷卻系統，所述散熱器件與冷卻系統通過管道相互連通，在所述散熱器件、冷卻系統以及管道內充有所述傳熱介質，所述用于控制冷卻散熱速率的控制裝置是安裝在管道上的流量控制器，并且，所述冷卻散熱系統通過傳熱介質的循環流動進行冷卻散熱，所述用于控制冷卻散熱速率的控制裝置用于控制所述傳熱介質的流動。(三)有益效果 本專利技術提出的有效工作溫度控制方法，綜合加熱和冷卻兩方面的措施，可以有效地減少系統預熱時間，減少能源消耗，同時有效散熱，控溫精度高，保障激光器系統在有效工作溫度條件下的有效運轉。附圖說明圖I為傳統的對氣體激光器進行冷卻散熱的溫度控制方法的示意圖；圖2為本專利技術提出的氣體激光器有效工作溫度控制方法的示意圖。具體實施例方式為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本專利技術作進ー步的詳細說明。散熱處理和溫度控制是激光器系統有效運轉的重要環節。良好的散熱機制、器件設計和溫度控制措施是激光器系統穩定工作的基礎和保障。如前所述，氣體本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種控制激光器系統的有效工作溫度的方法，所述激光器系統包括氣體高壓放電腔體，該氣體高壓放電腔體在放電工作過程中產生熱量，其特征在于，所述方法包括如下步驟：對激光器系統的放電腔體進行預加熱，使所述放電腔體達到有效工作溫度；在所述放電腔體達到有效工作溫度后，所述放電腔體進行放電，同時，對所述放電腔體進行冷卻散熱，使該放電腔體維持在有效工作溫度。

【技術特征摘要】
1.ー種控制激光器系統的有效工作溫度的方法，所述激光器系統包括氣體高壓放電腔體，該氣體高壓放電腔體在放電工作過程中產生熱量，其特征在于，所述方法包括如下步驟 對激光器系統的放電腔體進行預加熱，使所述放電腔體達到有效工作溫度； 在所述放電腔體達到有效工作溫度后，所述放電腔體進行放電，同時，對所述放電腔體進行冷卻散熱，使該放電腔體維持在有效工作溫度。2.如權利要求I所述的控制激光器系統的有效工作溫度的方法，其特征在于，在對所述放電腔體進行預加熱的后期，開始冷卻散熱，并使此時的冷卻散熱速率低于所述放電腔體在達到有效工作溫度后的冷卻散熱速率。3.如權利要求2所述的控制激光器系統的有效工作溫度的方法，其特征在于，在所述放電腔體溫度達到有效工作溫度后，逐步提高冷卻散熱的速率，以緩沖所述放電腔體在加熱過程中產生的溫升過沖。4.如權利要求I所述的控制激光器系統的有效工作溫度的方法，其特征在于，在放電腔體達到有效工作溫度吋，不立即停止加熱，并維持加熱一段時間。5.如權利要求4所述的控制激光器系統的有效工作溫度的方法，其特征在干，當放電腔體的溫度達到在有效工作溫度吋，使冷卻速率變小，同時使加熱功率變小，以保證放電腔體維持在所述有效工作溫度。6.如權利要求4所述的控制激光器系統的有效工作溫度的方法,其特征在于,在放電腔體的整個放電過程中，保持加熱...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙江山，李慧，沙鵬飛，宋興亮，鮑洋，彭卓君，周翊，王宇，
申請(專利權)人：中國科學院光電研究院，
類型：發明
國別省市：