專利名稱：用于控制激光器系統(tǒng)的有效工作溫度的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及激光器技術(shù)領(lǐng) 域，具體涉及一種控制激光器系統(tǒng)的有效工作溫度的裝置。
背景技術(shù)：
氣體激光器以特征氣體為工作介質(zhì)，針對(duì)相關(guān)應(yīng)用，通過有效的高壓氣體放電(或激光激勵(lì))激勵(lì)氣體產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，形成相應(yīng)激光波長(zhǎng)的激光輻射輸出。針對(duì)某些特征氣體的氣體激光器，使其有效運(yùn)轉(zhuǎn)的有效工作溫度(能量輸出、能量穩(wěn)定性、光束質(zhì)量等激光指標(biāo)參數(shù)的最優(yōu)化輸出溫度條件)常高于室溫，同時(shí)由于涉及到高壓氣體放電過程，激光腔體內(nèi)部會(huì)伴隨產(chǎn)生大量的熱量積聚，過高的腔體溫度將嚴(yán)重影響激光器運(yùn)轉(zhuǎn)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(yùn)轉(zhuǎn)的重要環(huán)節(jié)。密閉腔體中具有特定成分配比的氣體介質(zhì)在高壓放電激勵(lì)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(duì)特征增益氣體介質(zhì)的有效轟擊泵浦，進(jìn)而借助于粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)有效的特征波長(zhǎng)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(duì)于電激勵(lì)氣體激光器系統(tǒng)，電光轉(zhuǎn)換效率較低，通常低于5%，所以在激光器系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，激勵(lì)電能的注入只有很少一部分被轉(zhuǎn)化為激光輸出，而其他大部分電能注入則主要被轉(zhuǎn)化為熱能存在于腔體內(nèi)部，對(duì)于維持有效氣體放電會(huì)產(chǎn)生負(fù)面的影響。借助于腔體內(nèi)部的氣體循環(huán)系統(tǒng)和冷卻散熱系統(tǒng)，熱量被有效帶出腔外，從而維持腔內(nèi)電極放電環(huán)境的穩(wěn)定，保障激光器系統(tǒng)工作的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。傳統(tǒng)的腔體散熱機(jī)制主要通過傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射手段，借助于冷卻介質(zhì)(諸如水等)在相關(guān)外部冷卻裝置與腔體內(nèi)部特征設(shè)計(jì)的散熱器件中的循環(huán)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)有效散熱，維持激光器系統(tǒng)有效運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的腔體溫度恒定。盡管利用這一方法可以有效地實(shí)現(xiàn)腔體散熱，但是涉及某些有效溫度運(yùn)轉(zhuǎn)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(huì)導(dǎo)致工作溫度控制精度較低；同時(shí)在激光器系統(tǒng)開機(jī)后，無(wú)論是否開啟冷卻散熱系統(tǒng)，激光器達(dá)到有效工作溫度的預(yù)熱時(shí)間必須通過足夠長(zhǎng)的高壓氣體放電過程來(lái)保障，這在一定程度上對(duì)于氣體介質(zhì)、電能以及人為等待時(shí)間等都將造成較大的無(wú)為消耗。圖I所示為用于氣體激光器的傳統(tǒng)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(tǒng)I包括有一個(gè)冷卻散熱系統(tǒng)，該冷卻散熱系統(tǒng)包括有散熱器件3和冷卻系統(tǒng)2，該散熱器件3與冷卻系統(tǒng)2通過管道4相互連通。在散熱器件3、冷卻系統(tǒng)2及管道4內(nèi)充有傳熱介質(zhì)，例如水等液體。散熱器件3用于吸收激光器系統(tǒng)I產(chǎn)生的熱量，冷卻系統(tǒng)2用于冷卻傳熱介質(zhì)，并使傳熱介質(zhì)在散熱器件3與冷卻系統(tǒng)2之間循環(huán)流動(dòng)。在激光器系統(tǒng)I運(yùn)轉(zhuǎn)過程時(shí)，氣體高壓放電激勵(lì)，注入電能中除極少部分轉(zhuǎn)化為相應(yīng)激光輻射外，大量的電能注入轉(zhuǎn)化為腔體內(nèi)的熱能，產(chǎn)生大量的熱量。此時(shí)，散熱器件3吸收腔體所產(chǎn)生的熱量，通過傳熱介質(zhì)在散熱器件3與冷卻系統(tǒng)2之間的循環(huán)，將被加熱的傳熱介質(zhì)帶出激光器系統(tǒng)，并將冷卻后的傳熱介質(zhì)輸送加散熱器件2。[0006]如圖I所示，傳統(tǒng)的冷卻散熱系統(tǒng)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(gè)流量控制器6，并在激光器系統(tǒng)I內(nèi)部設(shè)置一個(gè)溫度探測(cè)器5，溫度探測(cè)器5與流量控制器6電性連接，流量控制器6根據(jù)所檢測(cè)到的激光器系統(tǒng)I的溫度來(lái)控制管道4內(nèi)的傳熱介質(zhì)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(tǒng)I的有效工作溫度。由此可見，利用冷卻系統(tǒng)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(shí)現(xiàn)腔體降溫的效果，平衡腔體內(nèi)的熱量耗散。但是，對(duì)于放電腔體的有效工作溫度的穩(wěn)定和維持卻不大容易實(shí)現(xiàn)，經(jīng)常出現(xiàn)腔體有效溫度穩(wěn)定精度差、調(diào)整時(shí)間過長(zhǎng)等不足，對(duì)于充分發(fā)揮激光器系統(tǒng)使用效能存在不足，在一定程度上影響了輸出激光指標(biāo)參數(shù)，這一現(xiàn)象在高重復(fù)頻率運(yùn)轉(zhuǎn)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(dǎo)致激光器開啟后預(yù)熱過程時(shí)間較長(zhǎng)，必須依靠相對(duì)高重復(fù)頻率氣體放電過程來(lái)提升腔體溫度。較長(zhǎng)的等待時(shí)間又同時(shí)會(huì)帶來(lái)激·光氣體的消耗和機(jī)械光學(xué)元件的磨損，激光器系統(tǒng)使用壽命相應(yīng)降低。
發(fā)明內(nèi)容(一 )要解決的技術(shù)問題本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)當(dāng)前氣體激光器技術(shù)中采用的單純冷卻控溫，對(duì)于某些適宜于工作在有效溫度的氣體激光器系統(tǒng)而言，存在預(yù)熱時(shí)間長(zhǎng)、控溫能力差的缺點(diǎn)，從而最終影響和降低系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)效能。(二)技術(shù)方案為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提出一種控制激光器系統(tǒng)的有效工作溫度的裝置，激光器系統(tǒng)包括放電腔體，所述裝置包括一個(gè)冷卻散熱系統(tǒng)，該裝置還包括一個(gè)加熱
>J-U ρ α裝直。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施方式
，其特征在于，所述加熱裝置可以是一個(gè)加熱帶，并安裝在所述放電腔體的底部。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施方式
，所述冷卻散熱系統(tǒng)包括散熱器件和冷卻系統(tǒng)，所述散熱器件與冷卻系統(tǒng)通過管道相互連通，在所述散熱器件、冷卻系統(tǒng)以及管道內(nèi)充有所述傳熱介質(zhì)，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(tǒng)通過傳熱介質(zhì)的循環(huán)流動(dòng)進(jìn)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(zhì)的流動(dòng)。(三)有益效果本實(shí)用新型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(tǒng)預(yù)熱時(shí)間，減少能源消耗，同時(shí)有效散熱，控溫精度高，保障激光器系統(tǒng)在有效工作溫度條件下的有效運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖I為傳統(tǒng)的對(duì)氣體激光器進(jìn)行冷卻散熱的溫度控制方法的示意圖；圖2為本實(shí)用新型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(shí)施方式
為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。散熱處理和溫度控制是激光器系統(tǒng)有效運(yùn)轉(zhuǎn)的重要環(huán)節(jié)。良好的散熱機(jī)制、器件設(shè)計(jì)和溫度控制措施是激光器系統(tǒng)穩(wěn)定工作的基礎(chǔ)和保障。如前所述，氣體激光器系統(tǒng)包括有一個(gè)放電腔體。有關(guān)激光器放電腔體的有效工作溫度的確定，主要取決于相應(yīng)氣體配比、腔體壓力、放電電壓、腔型設(shè)計(jì)等多方面的因素。在不開啟冷卻散熱系統(tǒng)的條件下，通過針對(duì)激光器在不同溫度條件下的輸出激光指標(biāo)參數(shù)綜合分析，可以較好的獲得激光器有效工作溫度參數(shù)。本實(shí)用新型在傳統(tǒng)冷卻散熱機(jī)制的基礎(chǔ)上附加一個(gè)加熱機(jī)制，從而形成一種新的用于激光器系統(tǒng)的有效工作溫度的控制方法。圖2為本實(shí)用新型提出的氣體激光器有效工作溫度控制方法的示意圖，如圖2所示，在本實(shí)用新型的激光器系統(tǒng)I中，除了具有一個(gè)冷卻散熱系統(tǒng)之外，還包括一個(gè)加熱裝置7。該加熱裝置7用于對(duì)放電腔體進(jìn)行加熱以及針對(duì)平衡冷卻散熱溫控精度較差的有效輔助補(bǔ)償。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述加熱裝置7可以是一個(gè)加熱帶，并最好位于放電腔體的底部。通常，在放電腔體的側(cè)部和頂部，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原因不宜放置加熱裝置，但是，對(duì)于特殊的放電腔體，可以根據(jù)需要將加熱裝置設(shè)置于任何適于對(duì)放電腔體進(jìn)行加熱的位置。該加熱裝置7最好包括用于探測(cè)和顯示溫度的部件，例如溫度傳感器和液晶顯示屏，以便于操作者實(shí)時(shí)地掌握放電腔體的溫度。并且，該加熱裝置7最好具有一個(gè)啟?？刂萍?，例如是一個(gè)開關(guān)，以便于操作者對(duì)該加熱裝置7開啟或關(guān)閉。根據(jù)本實(shí)用新型的另一優(yōu)選實(shí)施例，加熱裝置7的功率是可調(diào)節(jié)的，以調(diào)節(jié)加熱的效率，以便對(duì)放電腔體的溫度進(jìn)行更加精確的控制和調(diào)節(jié)。下面來(lái)說明本實(shí)用新型的控制激光器系統(tǒng)的有效工作溫度的方法的具體步驟首先，在激光器系統(tǒng)的開機(jī)過程中，對(duì)激光器系統(tǒng)的放電腔體進(jìn)行預(yù)加熱。根據(jù)本實(shí)用新型，使用加熱裝置7對(duì)所述腔體進(jìn)行加熱，使得激光器系統(tǒng)的放電腔體的溫度迅速達(dá)到有效工作溫度。根據(jù)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，對(duì)激光器系統(tǒng)的放電腔體進(jìn)行預(yù)加熱的后期即開始進(jìn)行冷卻散熱，但是使得此時(shí)的冷卻散熱速率低于激光器放電腔體在達(dá)到有效工作溫度后的冷卻散熱速率。通過流量控制器6對(duì)傳熱介質(zhì)的流量進(jìn)行控制，使得傳熱介質(zhì)以低流量注入冷卻的方式對(duì)激光器腔體進(jìn)行初步散熱。而在激光器系統(tǒng)的放電腔體溫度達(dá)到有效工作溫度后，逐步提高冷卻散熱的速率。根據(jù)本實(shí)用新型的另一優(yōu)選實(shí)施方式，可以通過流量控制器6逐步加大傳熱介質(zhì)的流量，以緩沖激光器系統(tǒng)的放電腔體在加熱過程中產(chǎn)生的溫升過沖。這時(shí)，加熱裝置7停止加熱，增加激光器的運(yùn)轉(zhuǎn)重復(fù)頻率，通過改變傳熱介質(zhì)的流量來(lái)平衡腔體在加熱溫度慣性與高壓放電所帶來(lái)的溫度升高，從而實(shí)現(xiàn)激光器有效工作溫度有效控制和精細(xì)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)注入冷卻與腔體放電過程產(chǎn)熱的平衡。然后，在激光器系統(tǒng)的放電腔體達(dá)到有效工作溫度時(shí)，開啟激光器系統(tǒng)，使放電腔體開始放電。與此同時(shí)，開啟冷卻散熱系統(tǒng)，開始對(duì)放電腔體進(jìn)行冷卻散熱。[0030]根據(jù)本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式，在放電腔體達(dá)到有效工作溫度時(shí)，不立即停止加熱裝置7的加熱。由于在達(dá)到有效工作溫度時(shí)即開始冷卻散熱，而散熱過程中的溫度降低存在慣性，所以，可以不立即停止加熱裝置7的加熱，而是維持加熱裝置7進(jìn)行加熱一段時(shí)間，使加熱裝置7的加熱、放電腔體放電產(chǎn)生熱量、和冷卻散熱系統(tǒng)的冷卻三者共同作用，使放電腔體的溫度趨于穩(wěn)定，并維持在有效工作溫度，以保障激光器系統(tǒng)在放電過程中的有效運(yùn)轉(zhuǎn)。具體來(lái)說，由于冷卻散熱系統(tǒng)的流量控制的精度較差，可能會(huì)存在較為明顯的溫度降低過沖，使放電腔體溫度達(dá)到低于有效工作溫度的穩(wěn)定值。因此，為了在最短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)有效溫度的穩(wěn)定，此時(shí)保持開啟加熱裝置一段時(shí)間，以平衡放電腔體的溫度差異，使放電腔體維持在有效工作溫度。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，當(dāng)放電腔體的溫度維持在有效工作溫度時(shí)，可以調(diào)節(jié)冷卻散熱系統(tǒng)的流量控制器，使其冷卻速率變小，并且降低加熱裝置7的功率，使其加熱功率變小，在確保激光器系統(tǒng)的放電腔體維持在有效工作溫度下的條件下，降底加熱裝置7和冷卻散熱系統(tǒng)的功耗。從而降低整個(gè)激光器系統(tǒng)的功耗。優(yōu)選的，可以使加熱 裝置7的功率逐漸降為零，或者維持在一個(gè)較低的水平。根據(jù)本實(shí)用新型的另一優(yōu)選實(shí)施例，在放電腔體的整個(gè)放電過程中，保持開啟加熱裝置7，由于激光器系統(tǒng)的放電腔體的環(huán)境發(fā)生變化，而所述冷卻散熱裝置的流量控制器對(duì)流量的控制只能粗略地控制冷卻散熱速率，導(dǎo)致腔體溫度過沖，因此放電腔體的工作溫度可能出現(xiàn)波動(dòng)。為了進(jìn)一步消除上述影響，在整個(gè)放電過程中保持開啟加熱裝置7，當(dāng)出現(xiàn)溫度波動(dòng)時(shí)，通過調(diào)節(jié)加熱裝置7的加熱功率，實(shí)現(xiàn)對(duì)于放電腔體有效工作溫度的精確控制。根據(jù)本實(shí)用新型，可能由操作者手動(dòng)調(diào)節(jié)加熱裝置7的功率，也可能利用該加熱裝置7與其溫度傳感器之間的信號(hào)反饋來(lái)自動(dòng)控制。對(duì)于激光器在不同重復(fù)頻率條件下的工作而言，放電腔體內(nèi)的氣體放電所產(chǎn)生的熱量也不盡相同，利用上述方法都可以較好的實(shí)現(xiàn)激光器系統(tǒng)的有效最優(yōu)運(yùn)轉(zhuǎn)。利用這種方法不但可以相對(duì)精確的控制激光器系統(tǒng)的有效工作溫度，而且可以節(jié)省能源消耗和預(yù)熱時(shí)間，提升激光器系統(tǒng)使用壽命；同時(shí)對(duì)于不同類型氣體激光器的有效工作溫度把握也提供了一種有效的測(cè)試手段。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種用于控制激光器系統(tǒng)的有效工作溫度的裝置，所述激光器系統(tǒng)包括放電腔體，所述裝置包括一個(gè)冷卻散熱系統(tǒng)，其特征在于，該裝置還包括一個(gè)加熱裝置(7)。
2.如權(quán)利要求I所述的控制激光器系統(tǒng)的有效工作溫度的裝置，其特征在于，所述加熱裝置(7)是一個(gè)加 熱帶，并安裝在所述放電腔體的底部。
3.如權(quán)利要求2所述的控制激光器系統(tǒng)的有效工作溫度的裝置，其特征在于，所述冷卻散熱系統(tǒng)包括有控制冷卻散熱速率的控制裝置￠)，在對(duì)所述放電腔體進(jìn)行預(yù)加熱后期，該控制裝置(6)控制所述冷卻散熱系統(tǒng)開始冷卻散熱，并使此時(shí)的冷卻散熱速率低于所述放電腔體在達(dá)到有效工作溫度后的冷卻散熱速率。
4.如權(quán)利要求3所述的控制激光器系統(tǒng)的有效工作溫度的裝置，其特征在于，所述冷卻散熱系統(tǒng)包括散熱器件(3)和冷卻系統(tǒng)(2)，所述散熱器件(3)與冷卻系統(tǒng)(2)通過管道(4)相互連通，在所述散熱器件(3)、冷卻系統(tǒng)(2)以及管道(4)內(nèi)充有所述傳熱介質(zhì)，所述用于控制冷卻散熱速率的控制裝置(6)是安裝在管道(4)上的流量控制器，并且，所述冷卻散熱系統(tǒng)通過傳熱介質(zhì)的循環(huán)流動(dòng)進(jìn)行冷卻散熱，所述用于控制冷卻散熱速率的控制裝置(6)用于控制所述傳熱介質(zhì)的流動(dòng)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種控制激光器系統(tǒng)有效工作溫度的裝置，所述激光器系統(tǒng)主要包括氣體高壓放電腔體，所述裝置包括一個(gè)冷卻散熱系統(tǒng)和一個(gè)加熱裝置。在激光器系統(tǒng)的開機(jī)過程中，對(duì)激光器系統(tǒng)的放電腔體進(jìn)行預(yù)加熱，使所述放電腔體達(dá)到有效工作溫度；在激光器系統(tǒng)的放電腔體達(dá)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(yùn)轉(zhuǎn)，而后針對(duì)所述放電腔體高壓放電運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)熱進(jìn)行冷卻散熱，使該放電腔體維持在有效工作溫度。本實(shí)用新型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(tǒng)的預(yù)熱時(shí)間，減少能源消耗，同時(shí)有效散熱，控溫精度高，保障激光器系統(tǒng)在有效工作溫度條件下的有效運(yùn)轉(zhuǎn)。
文檔編號(hào)H01S3/041GK202737312SQ20122020190
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月7日
發(fā)明者趙江山, 李慧, 沙鵬飛, 宋興亮, 鮑洋, 彭卓君, 周翊, 王宇 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電研究院