一種直腔式超長(zhǎng)分段放電的二氧化碳激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及激光器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種直腔式超長(zhǎng)分段放電的二氧化碳激光器，包括儲(chǔ)氣管、反射窗和輸出窗，所述反射窗和輸出窗分別布置在所述儲(chǔ)氣管的兩端，所述儲(chǔ)氣管內(nèi)套設(shè)有水冷管，所述水冷管內(nèi)套設(shè)有放電管，所述放電管兩端分別設(shè)置有第一電極，所述放電管的中部設(shè)置有第二電極，所述第一電極和所述第二電極的極性相反,所述第一電極和第二電極分別與外部電源連接。本發(fā)明的激光器，而較傳統(tǒng)激光器而言，由于并未增加陰電極和陽(yáng)電極之間的距離，所以在使用時(shí)，不需要增加電源電壓，進(jìn)而，使得在不對(duì)目前電源提出新的要求下，成本的提高了激光器的輸出功率。
【專利說明】一種直腔式超長(zhǎng)分段放電的二氧化碳激光器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種直腔式超長(zhǎng)分段放電的二氧化碳激光器。

【背景技術(shù)】
[0002]由于二氧化碳激光器有比較大的功率和比較高的能量轉(zhuǎn)換效率，譜線也比較豐富，在10微米附近有幾十條譜線的激光輸出，所以在工業(yè)、軍事、醫(yī)療、科研等方面都得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]目前的二氧化碳激光器，通常包括有放電管、套設(shè)在放電管外部的水冷管，套設(shè)在水冷管外部的儲(chǔ)氣管、分別設(shè)置在放電管兩端的陰電極和陽(yáng)電極、以及設(shè)置在儲(chǔ)氣管兩端的輸出窗和反射窗，反射窗包括有反射鏡片和反射鏡片冷卻裝置，輸出窗包括有輸出鏡片和輸出鏡片冷卻裝置，在放電管內(nèi)充以二氧化碳?xì)怏w和其它輔助氣體，當(dāng)在放電管兩端的電極上加高電壓時(shí)，陽(yáng)電極和陰電極之間放電，在放電管內(nèi)產(chǎn)生輝光放電，經(jīng)反射鏡片和輸出鏡片反射后形成激光束，從輸出鏡片中射出得到最終的激光束。
[0004]公知的，上述結(jié)構(gòu)的二氧化碳激光器，其輸出功率與放電管長(zhǎng)度成正比，更準(zhǔn)確的說是與陰電極和陽(yáng)電極之間的距離呈正比，所以，為了得到較高的輸出功率，目前的二氧化碳激光器通常都設(shè)計(jì)為細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)。
[0005]為了進(jìn)一步的提高激光器的輸出功率，通常做法是進(jìn)一步的增加放電管的長(zhǎng)度，以增大陰電極與陽(yáng)電極之間的距離，但是，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，采用這種方式來增加激光器的功率，對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)并不適用，具體為，一方面，當(dāng)陰電極和陽(yáng)電極之間的距離增大時(shí)，陰電極與陽(yáng)電極之間的放電難度就急劇增大，為了滿足放電要求，就必須提高電源電壓，而目前的激光器為了獲得較大的輸出功率，其長(zhǎng)度基本已經(jīng)達(dá)到常規(guī)電源電壓要求的極限，若要再進(jìn)一步的增加陰電極與陽(yáng)電極之間的距離，那么必然需要采用更高電壓的電源，這種需求，直接就限制了二氧化碳激光器的使用環(huán)境，對(duì)于使用企業(yè)而言，則需要投入大量的成本以提高原有電源的電壓；另一方面，當(dāng)大幅度提高激光器的陽(yáng)電極和陰電極上施加的電壓后，激光器本身的安全性和可靠性降低，給生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的危險(xiǎn)隱患。
[0006]所以，為了避免上述問題，目前采用的通常方法是將二氧化碳激光器設(shè)計(jì)為折疊結(jié)構(gòu)，這種折疊結(jié)構(gòu)的激光器具有多個(gè)放電管，各個(gè)放電管之間通過設(shè)置折射鏡片將各個(gè)放電管內(nèi)產(chǎn)生的激光束匯集到一起然后輸出。這種結(jié)構(gòu)的激光器，雖然在提高輸出功率的情況下對(duì)電源電壓不會(huì)提出新的要求，但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，特別是折射鏡片安裝位置和角度要求高，極大的提高了激光器的生產(chǎn)成本,并且由于其精密性的要求,也是其質(zhì)量可靠性不足的隱患。
[0007]所以，基于上述，目前亟需一種既能夠不對(duì)目前電源提出新的要求，又具有簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，并且能夠顯著提高輸出功率的二氧化碳激光器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于:針對(duì)目前二氧化碳激光器存在的上述不足，提供一種既能夠不對(duì)目前電源提出新的要求，又具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，并且能夠顯著提高輸出功率的二氧化碳激光器。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種直腔式超長(zhǎng)分段放電的二氧化碳激光器，包括儲(chǔ)氣管、反射窗和輸出窗，所述反射窗和輸出窗分別布置在所述儲(chǔ)氣管的兩端，所述儲(chǔ)氣管內(nèi)套設(shè)有水冷管，所述水冷管內(nèi)套設(shè)有放電管，所述放電管兩端分別設(shè)置有第一電極，所述放電管的中部設(shè)置有第二電極，所述第一電極和所述第二電極的極性相反，所述第一電極和第二電極分別與外部電源連接。當(dāng)在第一電極和第二電極上施加電壓時(shí)，由于第一電極和第二電極的極性相反，第一電極與第二電極之間放電，由于放電管的兩端都設(shè)置有第一電極，而第二電極設(shè)置在放電管的中部，所以，第二電極與兩側(cè)的第一電極之間都同時(shí)放電，所以直接提高了激光器的輸出功率，而較傳統(tǒng)激光器而言，由于并未增加陰電極和陽(yáng)電極之間的距離，所以在使用時(shí)，不需要增加電源電壓，進(jìn)而，使得在不對(duì)目前電源提出新的要求下，顯著提高了激光器的輸出功率；另外，由于兩個(gè)第一電極和第二電極分別與外部電源連接，使得第二電極與兩側(cè)的第一電極之間的放電都是獨(dú)立進(jìn)行的，也就是說，當(dāng)其中一側(cè)的第一電極出現(xiàn)故障而無法正常工作時(shí)，位于另一側(cè)的第一電極與第二電極之間依然能夠正常的放電而使激光器正常工作，如此也就提高了激光器的可靠性；同時(shí)，也使得本發(fā)明的激光器具有兩種輸出功率，當(dāng)需要較小的激光輸出功率時(shí)，只需要讓其中一個(gè)第一電極和第二電極之間正常放電即可，而在需要較大的激光輸出功率時(shí)，兩個(gè)第一電極同時(shí)與第二電極放電，即可實(shí)現(xiàn)，增加了激光器的使用范圍。
[0010]作為優(yōu)選，所述第一電極為陰電極，所述第二電極為陽(yáng)電極。在激光器工作時(shí)，陽(yáng)電極為高電位，而陰電極為低電位，在激光器中，兩個(gè)第一電極分別靠近反射窗和輸出窗，而第二電極位于水冷管的中部，所以，將第一電極設(shè)置為陰電極，而第二電極為陽(yáng)電極，使第一電極處為低電位，而第二電極設(shè)置為高電位，避免在靠近反射窗和輸出窗的位置出現(xiàn)高電位，也就避免了第一電極對(duì)激光器外部放電的危險(xiǎn)，而高電位的第二電極位于距離激光器端部較遠(yuǎn)的中間部位，使得第一電極與第二電極之間的放電穩(wěn)定，進(jìn)而保證了激光器工作狀態(tài)時(shí)放電的穩(wěn)定性，在保證激光器輸出激光質(zhì)量的同時(shí)，還提高了激光器的安全性倉(cāng)泛
作為優(yōu)選，所述放電管上與所述第二電極對(duì)應(yīng)部分?jǐn)嚅_，其斷開端向所述水冷管內(nèi)壁延伸，并與所述水冷管的內(nèi)部封閉連接，形成第一封閉端和第二封閉端，將所述水冷管分割成第一水冷管和第二水冷管，所述第一封閉端與第二封閉端之間形成容納所述第二電極的電極室，所述第一封閉端與第二封閉端之間的距離與所述第二電極的長(zhǎng)度相配合。在放電管的中部設(shè)置隔斷水冷管的電極室，第二電極被設(shè)置在電極室內(nèi)，首先是保證了第二電極能夠被安全可靠的安裝，另外，更重要的是，由于電極室的內(nèi)徑要大于放電管的內(nèi)徑，當(dāng)?shù)诙姌O被設(shè)置在電極室內(nèi)之后，可以避免第二電極阻擋放電管內(nèi)激光束反射的路徑，保證激光器的輸出質(zhì)量；而且，由于水冷管被分為第一水冷管和第二水冷管，第一水冷管和第二水冷管形成單獨(dú)的冷卻系統(tǒng)，能夠良好的冷卻放電管；同時(shí)，發(fā)明人在實(shí)際生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電極溫度過低時(shí)，將直接削弱其放電效率，所以在本申請(qǐng)中，由于電極室的外側(cè)并未包覆有水冷管，而只是在兩端與水冷管連接，也就是說，第二電極設(shè)置在電極室內(nèi)之后，第二電極的外壁并不會(huì)被水冷管包圍而進(jìn)行降溫，只是在兩端部靠近水冷管的位置被冷卻，這種冷卻方式，在保證第二電極不會(huì)具有過高溫度的同時(shí)，又避免了第二電極被過度冷卻而導(dǎo)致其放電效率下降，所以也進(jìn)一步的保證了激光器的質(zhì)量。
[0011]作為優(yōu)選，所述第一水冷管上設(shè)置有與之連通的第一進(jìn)水管和第一出水管，所述第二水冷管上設(shè)置有與之連通的第二進(jìn)水管和第二出水管，所述第一進(jìn)水管與所述第二出水管之間的距離為所述水冷管長(zhǎng)度的1/2，所述第一進(jìn)水管與所述水冷管其中一個(gè)端部的距離為所述水冷管長(zhǎng)度的1/4。由于水冷管在儲(chǔ)氣管內(nèi)部是懸空設(shè)置，是通過進(jìn)水管和出水管支撐在儲(chǔ)氣管內(nèi)，由于水冷管的兩端部分懸空，所以通過將第一進(jìn)水管與第二出水管之間的距離設(shè)置為水冷管的1/2，并且第一進(jìn)水管與水冷管端部的距離為水冷管長(zhǎng)度的1/4，在使用過程中，第一進(jìn)水管與第二出水管之間的水冷管由于自重彎曲時(shí)，水冷管端部懸空的部分也由于自重而向下發(fā)生彎曲，而起支撐作用的第一進(jìn)水管和第二出水管同時(shí)也起著杠桿的作用，所以第一進(jìn)水管與第二出水管之間的水冷管的彎曲與水冷管端部懸空部分的彎曲相互抵消，降低了水冷管整體的彎曲量，保證了水冷管同心度的精度，也就保證了設(shè)置在水冷管內(nèi)部的放電管的同心度的精度，進(jìn)而保證了激光器的輸出質(zhì)量。
[0012]作為優(yōu)選，所述第一水冷管與所述放電管之間設(shè)置有第一套管，所述第一套管其中一端懸空，所述第一套管的另一端向所述第一水冷管延伸并與所述第一水冷管的內(nèi)壁封閉連接形成第一隔斷，所述第一進(jìn)水管和第一出水管分別位于所述第一隔斷兩側(cè)。通過設(shè)置第一套管將第一水冷管隔開成雙層結(jié)構(gòu)，冷卻水從第一進(jìn)水管進(jìn)入第一水冷管的外層，由于第一隔斷的存在，冷卻水從第一套管懸空的端部進(jìn)入到第一水冷管的內(nèi)層，然后沿放電管的外壁流動(dòng)，然后從第一出水管排出，這種雙層結(jié)構(gòu)，使得與放電管接觸的冷卻水都處于流動(dòng)狀態(tài)，保證了對(duì)放電管的冷卻效率。
[0013]作為優(yōu)選，所述第二水冷管與所述放電管之間設(shè)置有第二套管，所述第二套管其中一端懸空，所述第二套管的另一端向所述第二水冷管延伸并與所述第二水冷管的內(nèi)壁封閉連接形成第二隔斷，所述第二進(jìn)水管和第二出水管分別位于所述第二隔斷兩側(cè)。將第二水冷管設(shè)置為第一水冷管相同的結(jié)構(gòu)，首先還是保證了對(duì)放電管的冷卻效果，同時(shí)也方便了加工制造，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝，節(jié)約了成本，更重要的是，第一水冷管和第二水冷管的結(jié)構(gòu)相同，使得整個(gè)激光器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有良好的穩(wěn)定性，提高激光器輸出激光束的質(zhì)量。
[0014]作為優(yōu)選，所述第一出水管與所述第二進(jìn)水管之間連通。使得本發(fā)明的激光器實(shí)質(zhì)上只具有一個(gè)進(jìn)水管和一個(gè)出水管，簡(jiǎn)化了激光器外部的配套設(shè)備，方便了其使用。
[0015]作為優(yōu)選，所述第一水冷管與儲(chǔ)氣管之間設(shè)置有第一支撐，所述第一支撐與第一進(jìn)水管位于沿所述儲(chǔ)氣管的同一徑向上。發(fā)明人在實(shí)際研發(fā)工作中發(fā)現(xiàn)，激光器在工作狀態(tài)時(shí)，其內(nèi)部各個(gè)組件的溫度會(huì)有一定程度的升高，由于組件之間存在的一定程度的溫度差，以及組件之間的熱膨脹系數(shù)不一致，都會(huì)使激光器內(nèi)各組件的變形量不一致，導(dǎo)致各組件之間相互拉扯，致使儲(chǔ)氣管兩端部的同軸度的精度降低，進(jìn)而導(dǎo)致輸出窗和反射窗的對(duì)齊精度降低，最終直接降低了激光器輸出激光束的質(zhì)量。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，其中影響最大的是位于儲(chǔ)氣管與水冷管之間的進(jìn)水管和出水管，由于在目前的激光器中，水冷管是通過進(jìn)水管和出水管支撐在儲(chǔ)氣管內(nèi)部，當(dāng)激光器工作時(shí)，進(jìn)水管和出水管上位于儲(chǔ)氣管與水冷管之間的部分會(huì)由于其自身的形變而在徑向上拉扯儲(chǔ)氣管，嚴(yán)重的影響了儲(chǔ)氣管兩端的同軸度；而且，本發(fā)明的激光器具有較長(zhǎng)的長(zhǎng)度，這種影響更為明顯，所以通過上述結(jié)構(gòu)，將第一出水管與第二進(jìn)水管連接，使第一出水管和第二進(jìn)水管不與儲(chǔ)氣管接觸，而是在第一進(jìn)水管相對(duì)的位置設(shè)置第一支撐，由于第一支撐與第一進(jìn)水管位于儲(chǔ)氣管的同一徑向上，在激光器工作時(shí)，第一進(jìn)水管上位于儲(chǔ)氣管與水冷管之間的部分會(huì)產(chǎn)生一定的伸長(zhǎng)量，而第一支撐也會(huì)產(chǎn)生一定的的伸長(zhǎng)量，由于其在沿儲(chǔ)氣管的同一徑向上，所以致使兩部分的伸長(zhǎng)量相互抵消掉部分，而且其變形量也位于儲(chǔ)氣管徑向上對(duì)稱的位置，所以不會(huì)影響儲(chǔ)氣管兩端部的同心度，進(jìn)而保證了激光器的精度，保證了激光器輸出激光束的質(zhì)量。
[0016]作為優(yōu)選，所述第一套管與所述放電管之間間隔設(shè)置有若干支撐架，所述支撐架上設(shè)置有通道使兩側(cè)的空間導(dǎo)通，所述第一套管與所述第一水冷管之間間隔設(shè)置有若干所述支撐架，所述第二套管與所述放電管之間間隔設(shè)置有若干所述支撐架，所述第二套管與所述第二水冷管之間間隔設(shè)置有若干所述支撐架。通過設(shè)置支撐架，支撐第一套管、第二套管和放電管，保證各管之間的相對(duì)位置，提高激光器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，同時(shí)也保證了激光器的精度，提高輸出激光束的質(zhì)量；更重要的是，由于這若干支撐架的存在，使得在放電管與第一套管和第二套管之間，以及第一套管、第二套管和水冷管之間呈多點(diǎn)多層的支撐狀態(tài)，使放電管、第一套管、第二套管和水冷管相互之間被協(xié)調(diào)支撐加強(qiáng)，直接提高了放電管、第一套管、第二套管和水冷管的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
[0017]作為優(yōu)選，所述第一電極和第二電極呈中空的筒狀。將第一電極和第二電極設(shè)置為中空的筒狀，避免第一電極和第二電極阻擋放電管內(nèi)激光束的反射路徑，保證激光器是輸出質(zhì)量。
[0018]作為優(yōu)選，所述儲(chǔ)氣管中間部分的直徑大于其兩端端部的直徑。儲(chǔ)氣管中間部分的直徑大于兩端端部的直徑，即呈一種中間粗而兩端細(xì)的結(jié)構(gòu)，首先是提高了儲(chǔ)氣管的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，由于本發(fā)明的激光器，其長(zhǎng)度遠(yuǎn)超過目前通常的激光器，由于激光器本身結(jié)構(gòu)為細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，由于其長(zhǎng)度增加過大，而在安裝時(shí)，激光器是通過間隔設(shè)置在儲(chǔ)氣管外部的兩個(gè)支撐部件來支撐起整個(gè)激光器，所以當(dāng)長(zhǎng)度增大時(shí)，儲(chǔ)氣管的繞度增大，其本身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也隨之降低，致使儲(chǔ)氣管上的彎曲量增大，急劇的降低了激光器的精度，同時(shí)也造成了制造、運(yùn)輸和使用上的不便，所以發(fā)明人設(shè)計(jì)了中間粗兩端細(xì)的儲(chǔ)氣管結(jié)構(gòu)，當(dāng)支撐部件支撐起激光器后，儲(chǔ)氣管的兩個(gè)端部分別超出兩個(gè)支撐部件呈懸空狀態(tài)，其懸空部分的長(zhǎng)度可以根據(jù)激光器的實(shí)際尺寸決定，保證儲(chǔ)氣管上受力的平衡，最大限度的減小儲(chǔ)氣管的彎曲量。
[0019]作為優(yōu)選，所述儲(chǔ)氣管由中部向兩端呈階梯狀的逐漸縮小，其兩端端部的直徑為最小，并分別對(duì)應(yīng)的與所述反射窗和輸出窗相配合。由于激光器為細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，特別是針對(duì)于本發(fā)明的激光器，較傳統(tǒng)激光器而言長(zhǎng)度更長(zhǎng)，若采用傳統(tǒng)激光器結(jié)構(gòu)的直管狀結(jié)構(gòu)，在安裝到位后，由于其長(zhǎng)度長(zhǎng)，跨度大，導(dǎo)致其繞度增大，進(jìn)而具有較低的抗彎強(qiáng)度，直接降低了儲(chǔ)氣管兩端端部的同軸度精度，所以在本發(fā)明中，將儲(chǔ)氣管設(shè)置為直徑由中部向兩端呈階梯狀的逐漸縮小，使得，在支撐起激光器時(shí)，整個(gè)儲(chǔ)氣管具有較小的繞度，大幅提高了其抗彎強(qiáng)度，保證了輸出窗和反射窗的對(duì)齊精度，進(jìn)而保證了激光器輸出激光束的質(zhì)量，；而且由于。
[0020]作為優(yōu)先，所述儲(chǔ)氣管中部向外側(cè)凸起形成大徑段的儲(chǔ)氣管，所述大徑段的儲(chǔ)氣管上設(shè)置有與所述第二電極連接的電極柱，所述電極柱與所述第二出水管沿所述儲(chǔ)氣管的徑向等高，所述第二出水管與所述第一進(jìn)水管沿所述儲(chǔ)氣管的徑向等高。通常的激光器結(jié)構(gòu)中，進(jìn)水管和出水管的高度超出儲(chǔ)氣管的外壁，成為整個(gè)激光器安裝過程中的控制尺寸，也就是，需要在安裝位置上空出足夠的空間來安裝激光器，而整個(gè)空間的大小是由進(jìn)水管和出水管的高度所控制，所以在本發(fā)明中，設(shè)置大徑段的儲(chǔ)氣管，使大徑段的儲(chǔ)氣管上的電極柱和第二出水管在沿儲(chǔ)氣管的徑向上等高，首先是增大了儲(chǔ)氣管的儲(chǔ)氣量，增加了激光器的使用壽命，而且還提高了儲(chǔ)氣管的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，保證了激光器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的可靠性，并且，不會(huì)增加激光器的安裝空間和安裝尺寸。
[0021]作為優(yōu)選，所述儲(chǔ)氣管包括有位于中部的大徑段、位于所述大徑段兩側(cè)的中徑段和與所述中徑段連接的小徑段。將儲(chǔ)氣管設(shè)置為大徑段、中徑段和小徑段，使儲(chǔ)氣管呈中間粗兩端細(xì)的結(jié)構(gòu)，提高了儲(chǔ)氣管的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，減小儲(chǔ)氣管的繞度，保證激光器輸出激光束的質(zhì)量。
[0022]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是:
1、本法發(fā)明的二氧化碳激光器，較傳統(tǒng)激光器而言，由于并未增加陰電極和陽(yáng)電極之間的距離，所以在使用時(shí)，不需要增加電源電壓，進(jìn)而，使得在不對(duì)目前電源提出新的要求下，顯著提高了激光器的輸出功率；
2、由于兩個(gè)第一電極和第二電極分別與外部電源連接，使得第二電極與兩側(cè)的第一電極之間的放電都是獨(dú)立進(jìn)行的，也就是說，當(dāng)其中一側(cè)的第一電極出現(xiàn)故障而無法正常工作時(shí)，位于另一側(cè)的第一電極與第二電極之間依然能夠正常的放電而使激光器正常工作，如此也就提高了激光器的可靠性；
3、激光器具有兩種輸出功率，當(dāng)需要較小的激光輸出功率時(shí)，只需要讓其中一個(gè)第一電極和第二電極之間正常放電即可，而在需要較大的激光輸出功率時(shí)，兩個(gè)第一電極同時(shí)與第二電極放電，即可實(shí)現(xiàn)，增加了激光器的使用范圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，
圖中標(biāo)記:1-儲(chǔ)氣管，2-反射窗,3-輸出窗,4-水冷管,5-放電管,6-第一電極,7-第二電極，8-第一封閉端,9-第二封閉端，10-電極室，11-第一進(jìn)水管，12-第一出水管，13-第二進(jìn)水管，14-第二出水管，15-第一套管，16-第一隔斷，17-第二套管，18-第二隔斷，19-支撐架，20-電極柱，21-第一支撐，22-第二支撐，41-第一水冷管，42-第二水冷管。

【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的說明。
[0025]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0026]如圖所示的一種直腔式超長(zhǎng)分段放電的二氧化碳激光器，包括儲(chǔ)氣管1、反射窗2和輸出窗3，所述反射窗2和輸出窗3分別布置在所述儲(chǔ)氣管I的兩端，所述儲(chǔ)氣管I內(nèi)套設(shè)有水冷管4，所述水冷管4內(nèi)套設(shè)有放電管5，所述放電管5兩端分別設(shè)置有第一電極6，所述放電管5的中部設(shè)置有第二電極7，所述第一電極6和所述第二電極7的極性相反，所述第一電極6和第二電極7分別與外部電源連接。當(dāng)在第一電極6和第二電極7上施加電壓時(shí)，由于第一電極6和第二電極7的極性相反,第一電極6與第二電極7之間放電，由于放電管5的兩端都設(shè)置有第一電極6,而第二電極7設(shè)置在放電管5的中部,所以,第二電極7與兩側(cè)的第一電極6之間都同時(shí)放電，所以直接提高了激光器的輸出功率，而較傳統(tǒng)激光器而言，由于并未增加陰電極和陽(yáng)電極之間的距離，所以在使用時(shí)，不需要增加電源電壓，進(jìn)而，使得在不對(duì)目前電源提出新的要求下，成倍的提高了激光器的輸出功率；另外，由于兩個(gè)第一電極6和第二電極7分別與外部電源連接，使得第二電極7與兩側(cè)的第一電極6之間的放電都是獨(dú)立進(jìn)行的，也就是說，當(dāng)其中一側(cè)的第一電極6出現(xiàn)故障而無法正常工作時(shí)，位于另一側(cè)的第一電極6與第二電極7之間依然能夠正常的放電而使激光器正常工作，如此也就提高了激光器的可靠性；同時(shí)，也使得本發(fā)明的激光器具有兩種輸出功率，當(dāng)需要較小的激光輸出功率時(shí)，只需要讓其中一個(gè)第一電極6和第二電極7之間正常放電即可，而在需要較大的激光輸出功率時(shí)，兩個(gè)第一電極6同時(shí)與第二電極7放電，即可實(shí)現(xiàn)。
[0027]作為優(yōu)選，所述第一電極6為陰電極，所述第二電極7為陽(yáng)電極。在激光器工作時(shí)，陽(yáng)電極為高電位，而陰電極為低電位，在激光器中，兩個(gè)第一電極6分別靠近反射窗2和輸出窗3，而第二電極7位于水冷管4的中部，所以，將第一電極6設(shè)置為陰電極，而第二電極7為陽(yáng)電極，使第一電極6處為低電位，而第二電極7設(shè)置為高電位，避免在靠近反射窗2和輸出窗3的位置出現(xiàn)高電位,也就避免了第一電極6對(duì)激光器外部放電的危險(xiǎn)，而高電位的第二電極7位于距離激光器端部較遠(yuǎn)的中間部位，使得第一電極6與第二電極7之間的放電穩(wěn)定，進(jìn)而保證了激光器工作狀態(tài)時(shí)放電的穩(wěn)定性，在保證激光器輸出激光質(zhì)量的同時(shí)，還提高了激光器的安全性能。
[0028]作為優(yōu)選，所述放電管5上與所述第二電極7對(duì)應(yīng)的部分?jǐn)嚅_，其斷開端向所述水冷管4的內(nèi)壁延伸，并與所述水冷管4的內(nèi)壁封閉連接，形成第一封閉端8和第二封閉端9，將所述水冷管4分割成第一水冷管41和第二水冷管42，所述第一封閉端8與第二封閉端9之間形成容納所述第二電極7的電極室10，所述第一封閉端8與第二封閉端9之間的距離與所述第二電極7的長(zhǎng)度相配合。在放電管5的中部設(shè)置隔斷水冷管4的電極室10，第二電極7被設(shè)置在電極室10內(nèi)，首先是保證了第二電極7能夠被安全可靠的安裝，另外，更重要的是，由于電極室10的內(nèi)徑大于放電管5的內(nèi)徑，當(dāng)?shù)诙姌O7被設(shè)置在電極室10內(nèi)之后，可以避免第二電極7阻擋放電管5內(nèi)激光束反射的路徑，保證激光器的輸出質(zhì)量；而且，由于水冷管4被分為第一水冷管41和第二水冷管42，第一水冷管41和第二水冷管42形成單獨(dú)的冷卻系統(tǒng)，能夠良好的冷卻放電管5;同時(shí)，發(fā)明人在實(shí)際生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電極溫度過低時(shí)，將直接削弱其放電效率，所以在本申請(qǐng)中，由于電極室10的外側(cè)并未包覆有水冷管4，而只是在兩端與水冷管4連接，也就是說，第二電極7設(shè)置在電極室10內(nèi)之后，第二電極7的外壁并不會(huì)被水冷管4包圍而進(jìn)行降溫，只是在兩端部靠近水冷管4的位置被冷卻，這種冷卻方式，在保證第二電極7不會(huì)具有過高溫度的同時(shí)，又避免了第二電極7被過度冷卻而導(dǎo)致其放電效率下降，所以也進(jìn)一步的保證了激光器的質(zhì)量。
[0029]作為優(yōu)選,所述第一水冷管41上設(shè)置有與之連通的第一進(jìn)水管11和第一出水管12，所述第二水冷管42上設(shè)置有與之連通的第二進(jìn)水管13和第二出水管14，所述第一進(jìn)水管11與所述第二出水管14之間的距離為所述水冷管4長(zhǎng)度的1/2，所述第一進(jìn)水管11與所述水冷管4其中一個(gè)端部的距離為所述水冷管4長(zhǎng)度的1/4。由于水冷管4在儲(chǔ)氣管I內(nèi)部是懸空設(shè)置，是通過進(jìn)水管和出水管支撐在儲(chǔ)氣管I內(nèi)，由于水冷管4的兩端部分懸空，所以通過將第一進(jìn)水管11與第二出水管14之間的距離設(shè)置為水冷管4的1/2，并且第一進(jìn)水管11與水冷管4端部的距離為水冷管4長(zhǎng)度的1/4，在使用過程中，第一進(jìn)水管11與第二出水管14之間的水冷管4由于自重彎曲時(shí)，水冷管4端部懸空的部分也由于自重而向下發(fā)生彎曲，而起支撐作用的第一進(jìn)水管11和第二出水管14同時(shí)也起著杠桿的作用，所以第一進(jìn)水管11與第二出水管14之間的水冷管4的彎曲與水冷管4端部懸空部分的彎曲相互抵消，降低了水冷管4整體的彎曲量，保證了水冷管4同心度的精度，也就保證了設(shè)置在水冷管4內(nèi)部的放電管5的同心度的精度，進(jìn)而保證了激光器的輸出質(zhì)量。
[0030]作為優(yōu)選，所述第一水冷管41與所述放電管5之間設(shè)置有第一套管15，所述第一套管15其中一端懸空，所述第一套管的另一端向所述第一水冷管41延伸并與所述第一水冷管41的內(nèi)壁封閉連接形成第一隔斷16，所述第一進(jìn)水管11和第一出水管12分別位于所述第一隔斷16兩側(cè)。通過設(shè)置第一套管15將第一水冷管41隔開成雙層結(jié)構(gòu)，冷卻水從第一進(jìn)水管11進(jìn)入第一水冷管41的外層，由于第一隔斷16的存在，冷卻水從第一套管15懸空的端部進(jìn)入到第一水冷管41的內(nèi)層，然后沿放電管5的外壁流動(dòng)，然后從第一出水管12排出，這種雙層結(jié)構(gòu)，使得與放電管5接觸的冷卻水都處于流動(dòng)狀態(tài)，保證了對(duì)放電管5的冷卻效率。
[0031]作為優(yōu)選，所述第二水冷管42與所述放電管5之間設(shè)置有第二套管17，所述第二套管17其中一端懸空，所述第二套管17的另一端向所述第二水冷管42延伸并與所述第二水冷管42的內(nèi)壁封閉連接形成第二隔斷18，所述第二進(jìn)水管13和第二出水管14分別位于所述第二隔斷18兩側(cè)。將第二水冷管42設(shè)置為第一水冷管41相同的結(jié)構(gòu)，首先還是保證了對(duì)放電管5的冷卻效果，同時(shí)也方便了加工制造，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝，節(jié)約了成本，更重要的是，第一水冷管41和第二水冷管42的結(jié)構(gòu)相同，使得整個(gè)激光器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有良好的穩(wěn)定性，提高激光器輸出激光束的質(zhì)量。
[0032]作為優(yōu)選，所述第一出水管12與所述第二進(jìn)水管13之間連通。使得本發(fā)明的激光器實(shí)質(zhì)上只具有一個(gè)進(jìn)水管和一個(gè)出水管，簡(jiǎn)化了激光器外部的配套設(shè)備，方便了其使用。
[0033]作為優(yōu)選，所述第一水冷管41與儲(chǔ)氣管I之間設(shè)置有第一支撐21，所述第一支撐21與第一進(jìn)水管11位于沿所述儲(chǔ)氣管I的同一徑向上。發(fā)明人在實(shí)際研發(fā)工作中發(fā)現(xiàn)，激光器在工作狀態(tài)時(shí)，其內(nèi)部各個(gè)組件的溫度會(huì)有一定程度的升高，由于組件之間存在的一定程度的溫度差，以及組件之間的熱膨脹系數(shù)不一致，都會(huì)使激光器內(nèi)各組件的變形量不一致，導(dǎo)致各組件之間相互拉扯，致使儲(chǔ)氣管I兩端部的同軸度的精度降低，進(jìn)而導(dǎo)致輸出窗2和反射窗3的對(duì)齊精度降低，最終直接降低了激光器輸出激光束的質(zhì)量。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，其中影響最大的是位于儲(chǔ)氣管I與水冷管4之間的進(jìn)水管和出水管，由于在目前的激光器中，水冷管4是通過進(jìn)水管和出水管支撐在儲(chǔ)氣管I內(nèi)部，當(dāng)激光器工作時(shí)，進(jìn)水管和出水管上位于儲(chǔ)氣管I與水冷管4之間的部分會(huì)由于其自身的形變而在徑向上拉扯儲(chǔ)氣管1，嚴(yán)重的影響了儲(chǔ)氣管I兩端的同軸度；而且，本發(fā)明的激光器具有較長(zhǎng)的長(zhǎng)度，這種影響更為明顯，所以通過上述結(jié)構(gòu)，將第一出水管12與第二進(jìn)水管13連接，使第一出水管12和第二進(jìn)水管13不與儲(chǔ)氣管I接觸，而是在第一進(jìn)水管11相對(duì)的位置設(shè)置第一支撐21，由于第一支撐21與第一進(jìn)水管11位于儲(chǔ)氣管I的同一徑向上，在激光器工作時(shí)，第一進(jìn)水管11上位于儲(chǔ)氣管I與水冷管4之間的部分會(huì)產(chǎn)生一定的伸長(zhǎng)量，而第一支撐21也會(huì)產(chǎn)生一定的的伸長(zhǎng)量，由于其在沿儲(chǔ)氣管I的同一徑向上，所以致使兩部分的伸長(zhǎng)量相互抵消掉部分，而且其變形量也位于儲(chǔ)氣管I徑向上對(duì)稱的位置，所以不會(huì)影響儲(chǔ)氣管I兩端部的同心度，進(jìn)而保證了激光器的精度，保證了激光器輸出激光束的質(zhì)量。
[0034]作為優(yōu)選，所述第二水冷管14與儲(chǔ)氣管1之間設(shè)置有第二支撐22，所述第二支撐22與所述第二出水管14位于沿所述儲(chǔ)氣管1的同一徑向上。
[0035]作為優(yōu)先，所述儲(chǔ)氣管1中部向外側(cè)凸起形成大徑段的儲(chǔ)氣管1，所述大徑段的儲(chǔ)氣管1上設(shè)置有與所述第二電極7連接的電極柱20，所述電極柱20與所述第二出水管14沿所述儲(chǔ)氣管1的徑向等高，所述第二出水管14與所述第一進(jìn)水管11沿所述儲(chǔ)氣管1的徑向等高。通常的激光器結(jié)構(gòu)中，進(jìn)水管和出水管的高度超出儲(chǔ)氣管1的外壁，成為整個(gè)激光器安裝過程中的控制尺寸，也就是說，需要在安裝位置上空出足夠的空間來安裝激光器，而整個(gè)空間的大小是由進(jìn)水管和出水管的高度所控制，所以在本發(fā)明中，設(shè)置大徑段的儲(chǔ)氣管1，使大徑段的儲(chǔ)氣管1上的電極柱20和第二出水管14在沿儲(chǔ)氣管1的徑向上等高，首先是增大了儲(chǔ)氣管1的儲(chǔ)氣量，增加了激光器的使用壽命，而且還提高了儲(chǔ)氣管1的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，保證了激光器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的可靠性，并且，不會(huì)增加激光器的安裝空間和安裝尺寸。
[0036]作為優(yōu)選，所述第一套管15與所述放電管5之間間隔設(shè)置有若干支撐架19，所述支撐架19上設(shè)置有通道使兩側(cè)的空間導(dǎo)通，所述第一套管15與所述第一水冷管41之間間隔設(shè)置有若干所述支撐架19，所述第二套管18與所述放電管5之間間隔設(shè)置有若干所述支撐架19，所述第二套管18與所述第二水冷管42之間間隔設(shè)置有若干所述支撐架19。通過設(shè)置支撐架19，支撐第一套管15、第二套管18和放電管5，保證各管之間的相對(duì)位置，提高激光器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，同時(shí)也保證了激光器的精度，提高輸出激光束的質(zhì)量；更重要的是，由于這若干支撐架19的存在，使得在放電管5與第一套管15和第二套管18之間，以及第一套管15、第二套管18和水冷管4之間呈多點(diǎn)多層的支撐狀態(tài)，使放電管5、第一套管15、第二套管18和水冷管4相互之間被協(xié)調(diào)支撐加強(qiáng)，直接提高了放電管5、第一套管15、第二套管18和水冷管4的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
[0037]作為優(yōu)選，所述第一電極6和第二電極7呈中空的筒狀。將第一電極6和第二電極7設(shè)置為中空的筒狀，避免第一電極6和第二電極7阻擋放電管5內(nèi)激光束的反射路徑，保證激光器是輸出質(zhì)量。
[0038]作為優(yōu)選，所述儲(chǔ)氣管1中間部分的直徑大于其兩端端部的直徑。儲(chǔ)氣管1中間部分的直徑大于兩端端部的直徑，即呈一種中間粗而兩端細(xì)的結(jié)構(gòu)，首先是提高了儲(chǔ)氣管1的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，由于本發(fā)明的激光器，其長(zhǎng)度遠(yuǎn)超過目前通常的激光器，由于激光器本身結(jié)構(gòu)為細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，由于其長(zhǎng)度增加過大，而在安裝時(shí)，激光器是通過間隔設(shè)置在儲(chǔ)氣管1外部的兩個(gè)支撐部件來支撐起整個(gè)激光器，所以當(dāng)長(zhǎng)度增大時(shí)，儲(chǔ)氣管1的繞度增大，其本身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也隨之降低，致使儲(chǔ)氣管1上的彎曲量增大，急劇的降低了激光器的精度，同時(shí)也造成了制造、運(yùn)輸和使用上的不便，所以發(fā)明人設(shè)計(jì)了中間粗兩端細(xì)的儲(chǔ)氣管1結(jié)構(gòu)，當(dāng)支撐部件支撐起激光器后，儲(chǔ)氣管1的兩個(gè)端部分別超出兩個(gè)支撐部件呈懸空狀態(tài)，其懸空部分的長(zhǎng)度可以根據(jù)激光器的實(shí)際尺寸決定，保證儲(chǔ)氣管1上受力的平衡，最大限度的減小儲(chǔ)氣管1的彎曲量。
[0039]作為優(yōu)選，所述儲(chǔ)氣管1的直徑由中部向兩端呈階梯狀的逐漸縮小，其兩端端部的直徑為最小，并分別對(duì)應(yīng)的與所述反射窗2和輸出窗3相配合。由于激光器為細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，特別是針對(duì)于本發(fā)明的激光器，較傳統(tǒng)激光器而言長(zhǎng)度更長(zhǎng)，若采用傳統(tǒng)激光器結(jié)構(gòu)的直管狀儲(chǔ)氣管1，在安裝到位后，由于其長(zhǎng)度長(zhǎng)，跨度大，導(dǎo)致其繞度增大，致使其具有較低的抗彎強(qiáng)度，直接降低了儲(chǔ)氣管I兩端端部的同軸度精度，所以在本發(fā)明中，將儲(chǔ)氣管I設(shè)置為直徑由中部向兩端呈階梯狀的逐漸縮小，使得，在中部大徑段支撐起激光器時(shí)，整個(gè)儲(chǔ)氣管I具有較小的繞度，保證了輸出窗2和反射窗3的對(duì)齊精度，進(jìn)而保證了激光器輸出激光束的質(zhì)量。
[0040]作為優(yōu)選，所述儲(chǔ)氣管I包括有位于中部的大徑段、位于所述大徑段兩側(cè)的中徑段和與所述中徑段連接的小徑段。將儲(chǔ)氣管I設(shè)置為大徑段、中徑段和小徑段，使儲(chǔ)氣管I呈中間粗兩端細(xì)的結(jié)構(gòu)，提高了儲(chǔ)氣管I的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，減小儲(chǔ)氣管的繞度，保證激光器輸出激光束的質(zhì)量。
[0041 ] 凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種直腔式超長(zhǎng)分段放電的二氧化碳激光器，包括儲(chǔ)氣管、反射窗和輸出窗，所述反射窗和輸出窗分別布置在所述儲(chǔ)氣管的兩端，所述儲(chǔ)氣管內(nèi)套設(shè)有水冷管，所述水冷管內(nèi)套設(shè)有放電管，其特征在于，所述放電管兩端分別設(shè)置有第一電極，所述放電管的中部設(shè)置有第二電極，所述第一電極和所述第二電極的極性相反，所述第一電極和第二電極分別與外部電源連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳激光器，其特征在于，所述第一電極為陰電極，所述第二電極為陽(yáng)電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳激光器，其特征在于，所述放電管上與所述第二電極對(duì)應(yīng)部分?jǐn)嚅_，其斷開端向所述水冷管內(nèi)壁延伸，并與所述水冷管的內(nèi)部封閉連接，形成第一封閉端和第二封閉端，將所述水冷管分割成第一水冷管和第二水冷管，所述第一封閉端與第二封閉端之間形成容納所述第二電極的電極室，所述第一封閉端與第二封閉端之間的距離與所述第二電極的長(zhǎng)度相配合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二氧化碳激光器，其特征在于，所述第一水冷管上設(shè)置有與之連通的第一進(jìn)水管和第一出水管，所述第二水冷管上設(shè)置有與之連通的第二進(jìn)水管和第二出水管，所述第一水冷管與所述放電管之間設(shè)置有第一套管，所述第一套管其中一端懸空，所述第一套管的另一端向所述第一水冷管延伸并與所述第一水冷管的內(nèi)壁封閉連接形成第一隔斷，所述第一進(jìn)水管和第一出水管分別位于所述第一隔斷兩側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的二氧化碳激光器，其特征在于，所述第二水冷管與所述放電管之間設(shè)置有第二套管，所述第二套管其中一端懸空，所述第二套管的另一端向所述第二水冷管延伸并與所述第二水冷管的內(nèi)壁封閉連接形成第二隔斷，所述第二進(jìn)水管和第二出水管分別位于所述第二隔斷兩側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的二氧化碳激光器，其特征在于，所述第一出水管與所述第二進(jìn)水管之間連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的二氧化碳激光器，其特征在于，所述第一水冷管與儲(chǔ)氣管之間設(shè)置有第一支撐，所述第一支撐與第一進(jìn)水管位于沿所述儲(chǔ)氣管的同一徑向上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的二氧化碳激光器，其特征在于，所述儲(chǔ)氣管中間部分的直徑大于其兩端端部的直徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的二氧化碳激光器，其特征在于，所述第一套管與所述放電管之間間隔設(shè)置有若干支撐架，所述支撐架上設(shè)置有通道使兩側(cè)的空間導(dǎo)通，所述第一套管與所述第一水冷管之間間隔設(shè)置有若干所述支撐架，所述第二套管與所述放電管之間間隔設(shè)置有若干所述支撐架，所述第二套管與所述第二水冷管之間間隔設(shè)置有若干所述支撐架。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任意一項(xiàng)所述的二氧化碳激光器，其特征在于，所述儲(chǔ)氣管的直徑由中部向兩端呈階梯狀的逐漸縮小，其兩端端部的直徑為最小，并分別對(duì)應(yīng)的與所述反射窗和輸出窗相配合。
【文檔編號(hào)】H01S3/032GK104269721SQ201410543816
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月15日
【發(fā)明者】殷衛(wèi)援 申請(qǐng)人:成都微深科技有限公司