[实用新型]用于控制激光器系统的有效工作温度的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及激光器技术领域，具体涉及一种控制激光器系统的有效工作温度的装置。 

背景技术

气体激光器以特征气体为工作介质，针对相关应用，通过有效的高压气体放电(或激光激励)激励气体产生粒子数反转，形成相应激光波长的激光辐射输出。针对某些特征气体的气体激光器，使其有效运转的有效工作温度(能量输出、能量稳定性、光束质量等激光指标参数的最优化输出温度条件)常高于室温，同时由于涉及到高压气体放电过程，激光腔体内部会伴随产生大量的热量积聚，过高的腔体温度将严重影响激光器运转效能，所以有效的温度控制和腔体散热措施是保障气体激光器良好运转的重要环节。 

密闭腔体中具有特定成分配比的气体介质在高压放电激励的条件下，通过维持和保障放电电极之间的有效电子密度，形成针对特征增益气体介质的有效轰击泵浦，进而借助于粒子数的反转实现有效的特征波长激光辐射，最终在激光谐振腔的作用下形成放大的激光输出。针对于电激励气体激光器系统，电光转换效率较低，通常低于5％，所以在激光器系统运转过程中，激励电能的注入只有很少一部分被转化为激光输出，而其他大部分电能注入则主要被转化为热能存在于腔体内部，对于维持有效气体放电会产生负面的影响。借助于腔体内部的气体循环系统和冷却散热系统，热量被有效带出腔外，从而维持腔内电极放电环境的稳定，保障激光器系统工作的正常运转。 

传统的腔体散热机制主要通过传导、对流和辐射手段，借助于冷却介质(诸如水等)在相关外部冷却装置与腔体内部特征设计的散热器件中的循环流动，实现有效散热，维持激光器系统有效运转过程中的腔体温度恒 定。尽管利用这一方法可以有效地实现腔体散热，但是涉及某些有效温度运转的气体激光器，诸如ArF气体激光器，其有效温度在40℃～45℃左右，单纯依靠冷却散热的方法会导致工作温度控制精度较低；同时在激光器系统开机后，无论是否开启冷却散热系统，激光器达到有效工作温度的预热时间必须通过足够长的高压气体放电过程来保障，这在一定程度上对于气体介质、电能以及人为等待时间等都将造成较大的无为消耗。 

图1所示为用于气体激光器的传统的有效工作温度控制方法的示意图。如图1所示，在激光器系统1包括有一个冷却散热系统，该冷却散热系统包括有散热器件3和冷却系统2，该散热器件3与冷却系统2通过管道4相互连通。在散热器件3、冷却系统2及管道4内充有传热介质，例如水等液体。散热器件3用于吸收激光器系统1产生的热量，冷却系统2用于冷却传热介质，并使传热介质在散热器件3与冷却系统2之间循环流动。在激光器系统1运转过程时，气体高压放电激励，注入电能中除极少部分转化为相应激光辐射外，大量的电能注入转化为腔体内的热能，产生大量的热量。此时，散热器件3吸收腔体所产生的热量，通过传热介质在散热器件3与冷却系统2之间的循环，将被加热的传热介质带出激光器系统，并将冷却后的传热介质输送加散热器件2。 

如图1所示，传统的冷却散热系统控制激光器的有效工作温度的方法是在管道4上安装一个流量控制器6，并在激光器系统1内部设置一个温度探测器5，温度探测器5与流量控制器6电性连接，流量控制器6根据所检测到的激光器系统1的温度来控制管道4内的传热介质的流量，以控制散热器件3的散热速率，从而控制激光器系统1的有效工作温度。 

由此可见，利用冷却系统2和散热器件2散热的方法能够通过流量控制、温度反馈的手段较好的实现腔体降温的效果，平衡腔体内的热量耗散。但是，对于放电腔体的有效工作温度的稳定和维持却不大容易实现，经常出现腔体有效温度稳定精度差、调整时间过长等不足，对于充分发挥激光器系统使用效能存在不足，在一定程度上影响了输出激光指标参数，这一现象在高重复频率运转脉冲气体激光器中显得尤为突出。另外，由于室温条件下激光器腔体温度与激光器有效工作温度的差异，导致激光器开启后预热过程时间较长，必须依靠相对高重复频率气体放电过程来提升腔体温 度。较长的等待时间又同时会带来激光气体的消耗和机械光学元件的磨损，激光器系统使用寿命相应降低。 

发明内容

(一)要解决的技术问题 

本实用新型所要解决的技术问题是针对当前气体激光器技术中采用的单纯冷却控温，对于某些适宜于工作在有效温度的气体激光器系统而言，存在预热时间长、控温能力差的缺点，从而最终影响和降低系统的运转效能。 

(二)技术方案 

为了解决上述技术问题，本实用新型提出一种控制激光器系统的有效工作温度的装置，激光器系统包括放电腔体，所述装置包括一个冷却散热系统，该装置还包括一个加热装置。