闪光灯是一种设计用于产生脉冲辐射的气体放电光源。它能够提供比连续光源高得多的峰值强度。 闪光灯的性能范围非常广泛,每个脉冲的电输入能量范围从 10-3 到105 焦耳 ,脉冲长度从 10-3 到105 微秒 ,脉冲重复率从单发到 5 x104 Hz 。
现代固体激光器依赖于长度在 2.5 厘米到 15 厘米之间、孔径在 1 毫米到 10 毫米之间的线性氙闪光灯。 这些闪光灯充满氙气,能产生高能量的白光脉冲。 许多闪光灯会产生大量紫外线,最好使用透紫外线的玻璃外壳,如石英(熔融石英)。在其他情况下,紫外线的产生是不必要的,可以通过使用掺杂玻璃外壳来抑制紫外线的产生,因为玻璃外壳对紫外线的吸收能力更强。
为了更好地利用氙闪灯的光输出来激发激光棒,必须对光进行控制。 激光泵浦腔用于将灯管和激光棒放置在一个高反射腔中,从而将尽可能多的光能集中在激光棒上。 对于各种激光棒,包括 Nd:YAG、Er:YAG、Alexandrite、CTH:YAG 和红宝石,高效填料粉末(通常是亚硫酸钡)腔是首选。
手电筒的适当冷却对于延长使用寿命和可靠运行至关重要。 多年来,对闪光灯的冷却要求已经有了明确的规定。 平均功率低于 15W/cm2 时,允许对流 冷却。 15W/cm2和 30W/cm2 之间需要强制 空气冷却。超过 30W/cm2 则必须使用液体 冷却。 这些功率水平假定是在激光泵腔中运行,其中大量辐射会反射回灯管。 去离子水具有不导电的特性,通常用于冷却闪光灯和激光泵腔。 导电水会导致灯管启动脉冲短路,造成不可靠的点火。 此外,去离子水还能减少冷却液中电气连接的腐蚀问题。 水电阻率大于 300kΩ 是最低要求,但许多激光系统的水电阻率可高达 1MegΩ。
脉冲闪光灯的电能需要专门设计的电源和高压网络,以便向灯管提供大电流、短脉冲。 典型的系统包括一个高压电流源或电容器充电电源、一个或一组用于存储大量能量的电容器以及一个向闪光灯提供脉冲的高压开关。为了启动和维持灯内的电弧,外部触发与低电流 "模拟电源"结合使用的情况非常普遍。
早期的固态激光器利用传统的 RLC 网络为灯管产生高峰值电流。 这些脉冲形成网络(PFN)仅限于非常窄的脉冲宽度,效率非常低。 如今,大多数激光器都采用了部分放电配置,可实现宽范围的脉冲宽度和重复率。 在需要将激光用于各种手术的医疗应用中,这种多功能性是非常理想的。
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