專利名稱：一種大功率二氧化碳激光器諧振腔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于激光器的諧振腔，尤其是一種大功率二氧化碳激光器諧振腔。
背景技術(shù)：
諧振腔是大功率二氧化碳激光器不可或缺的重要組成部分，諧振腔的作用是產(chǎn)生'激光，選擇頻率一定、方向一致的光波作最優(yōu)先的放大，光波在諧振腔中來回反射從而提供光能反饋，形成傳播方向一致、頻率和相位相同的強(qiáng)光束，也就是激光，通過部分透射反射鏡把激光部分引出腔外，成為可利用的激光，反射部分激光留在腔內(nèi)繼續(xù)增殖光子。簡單來說諧振腔的作用就是產(chǎn)生激光、放大激光、輸出激光。利用二氧化碳激光的
原理，其輸出功率取決于放電管的長度和截面尺寸，i米長的放電管的功率在iioo至
1500瓦之間，功率要達(dá)到3000至4000瓦時(shí)，放電管的長度就需成倍加長，安裝場所的
占地面積需要相應(yīng)加大，這就造成了很大的不便，限制了激光器的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊，體積較小的大功率二氧化碳激光器諧振腔。
技術(shù)方案:一種大功率二氧化碳激光器諧振腔，包括前端板、后端板、殷鋼管、放
電管、陰電極、儲氣筒、前鏡、尾鏡、折返鏡和陽極座，所述的殷鋼管設(shè)置在前端板和后端板之間，放電管之間通過陰電極、陽極座連接，若干放電管構(gòu)成一組放電腔，其中第一組放電腔的一個(gè)端部設(shè)有前鏡，最后一組放電腔的一個(gè)端部設(shè)有尾鏡，其余放電腔的端部設(shè)有折返鏡。
其中，放電管的直徑為18 30咖，長度為230腿 260ram，均根據(jù)大功率二氧化碳?xì)怏w激光原理經(jīng)過試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)。
其中，前鏡的曲率半徑為20-30m，透射率為60%;尾鏡的曲率半徑為20-30m，透射率為5千分之五。
其中，所述的儲氣筒的一端安裝在前端板上，另一端安裝在后端板上，所述的儲氣筒上設(shè)有支承座，安裝陰電極的支撐板固定在支承座上；所述的儲氣筒的橫截面為空心圓筒體，儲氣筒安裝在諧振腔內(nèi)，使結(jié)構(gòu)更加緊湊，同時(shí)將原有的橫截面為方形的儲氣筒，改為圓形橫截面的空心圓筒體，減小了諧振腔體積，使激光器結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)計(jì)美觀；所述的支撐板由環(huán)氧樹脂制成，可以耐高電壓，其價(jià)格便宜。
其中，所述殷鋼管的水平度小于0. 05mm，放電腔組和前鏡、尾鏡、折反鏡的水平度小于O. 15mm，如果放置傾斜，則會影響激光器的效果。
本發(fā)明的工作氣體為二氧化碳、氮?dú)夂秃?，工作時(shí)，將三種工作氣體按照比例輸入放電管內(nèi)，在陰電極上加上高電壓，電子與工作氣體作用產(chǎn)生激光流。當(dāng)激光流不足以達(dá)到發(fā)射出去的功率時(shí)，激光流在三組放電腔之間來回傳輸、聚集，經(jīng)過全反射的折返鏡和部分反射的尾鏡改變方向后匯集，在聚集到足以發(fā)射出去的功率之后，經(jīng)過前鏡發(fā)射出去。
有益效果(1)本發(fā)明將儲氣筒安裝在諧振腔內(nèi)部，同時(shí)用作兩個(gè)功能 一是代替原來1000 2500瓦激光器的儲氣功能，另一個(gè)是做為支撐放電管的固定座，代替原來諧振腔內(nèi)懸掛放電管的合金管，使結(jié)構(gòu)更加緊湊。(2)本發(fā)明既適用于更大功率的激光器，如3000 4000瓦，又能使新設(shè)計(jì)的機(jī)型結(jié)構(gòu)減小，外觀整潔美觀。(3)采取三折或更多折放電腔，在增加功率的同時(shí)，減小了機(jī)箱的尺寸。


圖l為發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1的俯視圖。
圖3為本發(fā)明使用在大功率二氧化碳激光器中的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為陰電極與支撐板、支承座連接處的示意圖。圖5為陽極座與支撐板、支承座連接處的示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1、 2和3所示，本發(fā)明的大功率二氧化碳激光器諧振腔，包括前端板l、后端板2、殷鋼管3、放電管4、陰電極5、回氣管6、儲氣筒7、前鏡8、尾鏡9、折返鏡10、支承座11和支撐板12。殷鋼管3的一端與前端板1螺栓固定連接，殷鋼管3的另一端與后端板2螺栓固定連接。所述的殷鋼管3包括四根，其中前端板1和后端板2互相平行設(shè)置，四根殷鋼管3互相平行設(shè)置，即四根殷鋼管3與前端板1、后端板2構(gòu)成一個(gè)長方體空間，該殷鋼管3的水平度小于0. 05mm。
所述的放電管4之間連接有筒狀的陰電極5，陰電極5安裝在環(huán)氧樹脂制成的支撐板12上。放電管4的直徑為18 30rnrn，長度為230mm 260mm。放電管4的直徑和長度決定著激光器的功率，本發(fā)明的數(shù)據(jù)是根據(jù)試驗(yàn)在現(xiàn)有激光器放電管的數(shù)據(jù)上得出。如圖4所示，支撐板12包括一豎直板和一底板，豎直板固定在底板上，豎直板上設(shè)有安裝孔，陰電極5放置在安裝孔內(nèi)，并用螺栓固定在支撐板12的豎直板上。支撐板12固定在支承座ll上，支承座U包括一個(gè)與儲氣筒7的表面形狀適配的弧形件，以及固定在弧形件上的兩個(gè)的支撐件，所述的支撐件上固定著支撐板12的底板。每個(gè)支承座11上可安裝若干個(gè)支撐板12，如實(shí)施例所示的三組放電腔，在每個(gè)支承座ll上安裝有三
4個(gè)支撐板12。所述的支撐板12由環(huán)氧樹脂制成，環(huán)氧樹脂的絕緣性能高，陰極對陽極(大地)的工作電壓為20KV，耐壓要大于200V/mm，所以支撐板12的高度為lOOmm。所述的儲氣筒7的一端安裝在前端板1上，另一端安裝在后端板2上，儲氣筒7位于殷鋼管3與前后端板構(gòu)成的長方體狀空間內(nèi)。支承座11的弧形件固定在所述的儲氣筒7上。所述的儲氣筒7的橫截面為空心圓筒體，代替現(xiàn)有方形橫截面的筒體，使結(jié)構(gòu)更加緊湊。儲氣筒7通過波紋管14與放電管4連通，通過波紋管14將工作氣體充到各個(gè)放電管4內(nèi)。
圖示以3000瓦的二氧化碳激光器為例，設(shè)置了三組放電腔，每組放電腔包括四根放電管4、四個(gè)陰電極5、四個(gè)陽極座13、兩根回氣管6和安裝陰電極及陽極座的支撐板12。
第一根放電管4的右端通過第一個(gè)陽極座13安裝在前端板1上，左端上安裝有第一個(gè)陰電極5;第二根放電管4的右端安裝有第二個(gè)陰電極5，左端安裝有第二個(gè)陽極座13;第三根放電管4的右端安裝有第三個(gè)陽極座13，左端安裝有第三個(gè)陰電極5;第四根放電管4的右端安裝有第四個(gè)陰電極4，左端通過第四個(gè)陽極座13安裝在后端板2上。其中，在第一根和第二根放電管之間、第三根和第四根放電管之間各設(shè)有一根回電管6。三組放電腔的六根回電管6互相連通，形成回氣管路，回氣管路與出氣熱交換器連接，放電腔內(nèi)的高溫氣體不斷的經(jīng)回氣管排出，經(jīng)由出氣熱交換器降溫后，由羅茨泵泵入進(jìn)氣熱交換器，然后輸入到儲氣筒7內(nèi)，通過波紋管14輸送給各個(gè)放電管4。
如圖5所示為第二根放電管和第三根放電管之間的陽極座13的安裝示意圖，支撐板12固定在支承座11上，支撐板12的豎直板上設(shè)有安裝孔，陽極座13放置在安裝孔內(nèi)，并用螺栓固定在支撐板12的豎直板上。
實(shí)施例所示的三組放電腔共安裝了四個(gè)折返鏡IO、 一個(gè)前鏡8和一個(gè)尾鏡9。第一組放電腔位于前端板1上的前端部設(shè)有前鏡8，前鏡8與前端板1平行，第一組放電腔位于后端板2上的后端部設(shè)有一個(gè)折返鏡10;第二組放電腔位于后端板2的后端部設(shè)有第二個(gè)折返鏡10，該折返鏡10與第一組放電腔的后端部的折返鏡10的法線垂直，第二組放電腔位于前端板1上的前端部上設(shè)有第三個(gè)折返鏡10;第三組放電腔位于前端板1的前端部設(shè)有第四個(gè)折返鏡10，該折返鏡10與第二組放電腔的前端部上的第三個(gè)折返鏡10的法線垂直，第三組放電腔位于后端板2上的后端部設(shè)有尾鏡9，尾鏡9與后端板2平行。
實(shí)施例所示為三組放電腔，很容易可以推知，可以根據(jù)實(shí)際的功率需要設(shè)置成四組甚至五組或更多組放電腔，這樣就可以在滿足大功率的同時(shí)，縮短諧振腔的體積，減小了整個(gè)設(shè)備的占地面積。各個(gè)放電管4和前鏡8、尾鏡9、折返鏡10的水平度小于0. 15mm。 以3000瓦的二氧化碳激光器為例，其中，每根放電管的直徑為25mm，長度為250mm。 殷鋼管的長度是根據(jù)四根放電管、兩根回氣管以及接頭部分的陽極座和陰極座的長度來 決定，設(shè)計(jì)為1580mm。四根殷鋼管、前端板和后端板組成一個(gè)基本框架。三路放電管、 回氣管、陽極座、陰極座、鏡座、鏡片、渦輪泵、熱交換器、進(jìn)氣閥和抽氣閥共同組成 一個(gè)氣體可循環(huán)的封閉腔。首先，打開電源，按下抽真空鈕，開始抽真空，這時(shí)進(jìn)氣閥 關(guān)閉，抽為真空后充入C02: N2: He的混合工作氣體，三種氣體減壓閥調(diào)為0.7-0.8， 1. 2-1. 3， 2. 4-2. 6;三種氣體流量閥調(diào)為7. 3-7. 9， 2. 9-3. 1， 4. 6-4. 9;氣體壓力為8KPa， 放電管工作電壓為18-20KV，單根放電管放電電流最大為80mA，由于為串聯(lián)方式，所以 12根放電管的電流均為80mA。光腔由曲率半徑為20000mm、反射率為99. 5%的反射鏡， 即尾鏡；曲率半徑為25000隨、反射率為65%的輸出鏡，即前鏡；以及4塊全反折返鏡， 即折返鏡組成。接通激光電源，在放電狀態(tài)下將光腔調(diào)到最佳狀態(tài)時(shí)
a)激光額定輸出功率》3000瓦；
b)激光最大輸出功率》3200瓦；
c)增強(qiáng)脈沖峰值功率》7000瓦；
d)連續(xù)波功率穩(wěn)定度《±1;
e)增強(qiáng)脈沖功率穩(wěn)定度《±1;
f)光束直徑(mm)16±1;
g)光束模式TEM隨；
h)光束發(fā)散角(mrad)《1.5。
本發(fā)明的激光諧振腔可以達(dá)到以上指標(biāo)，同時(shí)結(jié)構(gòu)緊湊，各部件排列整齊美觀，整臺激光器的體積小，實(shí)用性好，穩(wěn)定性高。
權(quán)利要求
1、一種大功率二氧化碳激光器諧振腔，其特征是包括前端板(1)、后端板(2)殷鋼管(3)、放電管(4)、陰電極(5)、儲氣筒(7)、前鏡(8)、尾鏡(9)、折返鏡(10)和陽極座(13)，所述的殷鋼管(3)設(shè)置在前端板(1)和后端板(2)之間，放電管(4)之間通過陰電極(5)、陽極座(13)連接，若干放電管(4)構(gòu)成一組放電腔，其中第一組放電腔的一個(gè)端部設(shè)有前鏡(8)，最后一組放電腔的一個(gè)端部設(shè)有尾鏡(9)，其余放電腔的端部設(shè)有折返鏡(10)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率二氧化碳激光器諧振腔，其特征是放電管(4) 的直徑為18 30mm，長度為230mm 260mm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率二氧化碳激光器諧振腔，其特征是前鏡(8)的 曲率半徑為20-30m，透射率為60% 。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率二氧化碳激光器諧振腔，其特征是尾鏡(9)的 曲率半徑為20-30m，透射率為千分之五。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率二氧化碳激光器諧振腔，其特征是所述的儲氣 筒(7)的一端安裝在前端板(1)上，另一端安裝在后端板(2)上，所述的儲氣筒(7) 上設(shè)有支承座(11)，安裝陰電極(5)的支撐板(12)固定在支承座(11)上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的大功率二氧化碳激光器諧振腔，其特征是所述的 儲氣筒(7)的橫截面為空心圓筒體。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的大功率二氧化碳激光器諧振腔，其特征是所述的支撐 板(12)由環(huán)氧樹脂制成。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率二氧化碳激光器諧振腔，其特征是所述殷鋼管 (3)的水平度小于0. 05mm。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率二氧化碳激光器諧振腔，其特征是放電腔組和 前鏡(8)、尾鏡(9)、折反鏡(10)的水平度小于0.15mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大功率二氧化碳激光器諧振腔，所述的殷鋼管設(shè)置在前端板和后端板之間，放電管之間通過陰電極、陽極座連接，若干放電管構(gòu)成一組放電腔，其中第一組放電腔的一個(gè)端部設(shè)有前鏡，最后一組放電腔的一個(gè)端部設(shè)有尾鏡，其余放電腔的端部設(shè)有折返鏡。本發(fā)明將儲氣筒安裝在諧振腔內(nèi)部可以代替原來1000～2500瓦激光器的儲氣功能，并且做為支撐放電管的固定座，代替原來諧振腔內(nèi)懸掛放電管的合金管，使結(jié)構(gòu)更加緊湊；既適用于更大功率的激光器，又能使新設(shè)計(jì)的機(jī)型結(jié)構(gòu)減小，外觀整潔美觀；采取三折或更多折放電腔，在增加功率的同時(shí)，減小了機(jī)箱的尺寸。
文檔編號H01S3/14GK101651285SQ20091003349
公開日2010年2月17日 申請日期2009年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月15日
發(fā)明者包和兵, 周海京, 陳智華, 俊 馬 申請人:南京通快激光設(shè)備有限公司