專利名稱：二氧化碳激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于二氧化碳激光器制造技術(shù)領(lǐng)域。
隨著科技的發(fā)展，二氧化碳激光器的應(yīng)用越來越廣。如激光加工切割、焊接、商品打標(biāo)和立體模型采形雕刻等；激光醫(yī)療手術(shù)開刀、穴位照射和激光美容等。日益擴(kuò)大的應(yīng)用范圍對(duì)二氧化碳激光器提出了更高的要求，主要表現(xiàn)在三個(gè)方面1.器件效率高，輸出功率大；2.運(yùn)轉(zhuǎn)壽命長(zhǎng)；3.光束質(zhì)量好且穩(wěn)定?，F(xiàn)有的封離軸向放電型二氧化碳激光器，其放電管是一中空勻直圓柱玻管，在同樣管長(zhǎng)情況下，制約器件品質(zhì)的主要是管徑和工作物質(zhì)二氧化碳的分解。管徑大雖可增加一些功率，但光束模式不好，易產(chǎn)生漂移；管徑小則相反。特別是管中振蕩的高斯光束的旋轉(zhuǎn)雙曲面外形與放電管的勻直圓柱有較大差異，導(dǎo)致等離子體利用率低，因而器件效率低、光束不穩(wěn)定等；而器件運(yùn)行過程中二氧化碳的分解則是使激光工作物質(zhì)減少、功率降低、器件特性劣化和壽命縮短的一個(gè)固疾。中國(guó)專利(ZL 93225022.X)公開了一種階梯形二氧化碳激光器，其放電管為二節(jié)或二節(jié)以上的空心圓柱管拼接而成的階梯形結(jié)構(gòu)，其理論為該放電管內(nèi)壁形狀對(duì)單模二氧化碳激光器放電管內(nèi)光束有一定的制約作用，從而在較大管徑情況下提高了激光束的穩(wěn)定性和輸出功率。
本實(shí)用新型的目的是提供一種二氧化碳激光器，它能有效地提高激光器輸出功率、效率和光束穩(wěn)定性，延長(zhǎng)器件的壽命。
本實(shí)用新型的目的由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，二氧化碳激光器包括設(shè)在水冷管外邊的儲(chǔ)氣套及回氣管、與水冷管接通的進(jìn)出水管、放電管、陰陽電極和腔鏡組成；陽電極位于全反射腔鏡組成的密封空腔內(nèi)，該空腔通過盤繞在水冷管外邊的回氣管與儲(chǔ)氣套接通，陰電極位于放電管另一端與平面腔鏡組成的密封空腔內(nèi)，放電管內(nèi)壁為磨毛結(jié)構(gòu)，并鍍有彌散高純非電導(dǎo)通的金膜；放電管內(nèi)壁形狀為旋轉(zhuǎn)雙曲面，其腰位于放電管輸出端的平面腔鏡上。激光器放電管的加工包括磨管和鍍膜，磨管裝置由多諧波功率源、電振音叉和鋼索組成，多諧波功率源與電振音叉的電磁線圈接成回路，鋼索的一端固接在音叉上，另一端固定在支架上，鋼索長(zhǎng)度大于四倍管長(zhǎng)，其有效磨管長(zhǎng)度范圍的表面粘有金剛砂，鋼索中點(diǎn)位于放電管的一端，振動(dòng)面在鉛直方向；鍍膜裝置由電源、兩片帶小孔的封口片及與小孔匹配的黃銅拉桿、帶軸筒的真空球泡、電熱絲和金絲組成，電熱絲兩端與黃銅拉桿連接，并與電源接通，封口片分別與激光器外殼兩端固接密封，帶軸筒的真空球泡與激光器外殼一端的封口片固接密封，電熱絲的電阻溫度系數(shù)為負(fù)值，金絲等螺距緊纏在電熱絲上，與黃銅拉桿連接的多股銅線繞于轉(zhuǎn)軸上再引出接至電源。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的效果和優(yōu)點(diǎn)在于放電管內(nèi)壁形狀與內(nèi)腔振蕩的單模高斯光束外形嚴(yán)格吻合，從而大大提高了管內(nèi)激活介質(zhì)的利用率和放電等離子體效率；管壁對(duì)激光振蕩有良好的定型制約作用，保證了激光束型和穩(wěn)定性，消除了光束的漂移；放電管內(nèi)激光束靠近管壁，利于激光工作物質(zhì)冷卻，使激光下能級(jí)粒子數(shù)減少而增加了粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)，提高了光腔的增益；而放電管內(nèi)壁上的彌散金膜催化劑能利用放電分解二氧化碳產(chǎn)生的氧、一氧化碳等短壽命高能態(tài)活性組分，就近實(shí)時(shí)高效再生激光工作物質(zhì)二氧化碳，有效保持激光工作物質(zhì)二氧化碳的濃度，減少對(duì)器件有毒害作用的一氧化氮等組分的生成，保證放電持續(xù)穩(wěn)定高效，免除了額外驅(qū)動(dòng)、加熱激活甚至排換工作氣體，較腔外加熱激活催化效率高，響應(yīng)快；非電導(dǎo)通的彌散膜又使器件能利用原有電源設(shè)備，因此本激光器較原有同樣尺寸的器件功率及效率有較大提高，同時(shí)，其使用壽命也可成倍延長(zhǎng)。
本實(shí)用新型的
如下圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)圖圖2為本實(shí)用新型放電管與振蕩激光束型匹配示意圖圖3為本實(shí)用新型磨管裝置工作示意圖圖4為本實(shí)用新型鍍膜裝置結(jié)構(gòu)圖下面通過附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述本實(shí)用新型與現(xiàn)有激光器一樣，有設(shè)在水冷管12外邊的儲(chǔ)氣套11及回氣管10、與水冷管12接通的進(jìn)出水管17(18)、放電管19、陰陽電極15(16)和腔鏡13(14)組成；陽電極15位于放電管19全反射腔鏡13一端，該空腔通過繞在水冷管12外邊的回氣管10與儲(chǔ)氣套11接通，陰電極16位于放電管19另一端與平面腔鏡14組成的密封空腔內(nèi)，放電管19內(nèi)壁為磨毛結(jié)構(gòu)，并鍍有彌散高純非電導(dǎo)通的金膜8；放電管19內(nèi)壁形狀為旋轉(zhuǎn)雙曲面，其腰位于放電管19輸出端的平面腔鏡14上。放電管19全反射腔鏡13為凹鏡，放電管19內(nèi)充尋常二氧化碳激光器的工作氣體，陰極16(低電位)在激光輸出端一側(cè)以利安全工作。關(guān)鍵在于放電管19內(nèi)壁為磨毛了的旋轉(zhuǎn)雙曲面，即與光腔參數(shù)對(duì)應(yīng)的高斯光束的面型，雙曲面的腰(小端，即高斯束的腰)位于激光器輸出端的平面腔鏡14上。磨毛了的管內(nèi)壁上鍍有一薄層彌散狀非電導(dǎo)通的高純金膜8。放電管19的加工裝置分定型磨管裝置與鍍膜裝置。磨管裝置采用弦駐波振動(dòng)定型研磨，即用電振音叉22帶動(dòng)張緊的鋼索21振動(dòng)，鋼索21粘帶金鋼砂研磨玻管內(nèi)壁。電振音叉22由多諧波功率源23驅(qū)動(dòng)，多諧信號(hào)的譜分布由既定管型的富利葉分析確定，可用多諧合振動(dòng)，也可各諧振動(dòng)逐次作用。鋼索21偏振面在鉛直方向，研磨時(shí)均勻轉(zhuǎn)動(dòng)玻管。磨就玻管用非相干平行光透射，成象于CCD靶上，經(jīng)計(jì)算機(jī)快速富利葉分析，以檢測(cè)管內(nèi)壁形狀及分布從而調(diào)整控制(可實(shí)時(shí)的)各諧信號(hào)的權(quán)重。鍍膜裝置用負(fù)阻直熱絲螺旋蒸鍍工藝，即用一根熔點(diǎn)高，蒸汽壓低，尤其具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)的長(zhǎng)直電熱絲3(φ＝0.2～0.3mm，如鉻、鋁、鉬絲或石墨圓帶)將高純度(99.9％)的金絲(φ＜0.1mm)以等螺距緊纏在電熱絲3上(可借用為增大線密度又保持其柔軟性的琴弦纏鎳、銀絲技術(shù))，螺距約2mm。將此電熱絲3貫穿激光器毛細(xì)管拉直，兩端均以細(xì)黃銅桿4(5)過渡，一端的黃銅桿4直接從封口片1上的小孔引出接于電流源9，另一端經(jīng)與黃銅拉桿5連接的多鉸銅線24繞于轉(zhuǎn)軸25上再引出接至電源9。帶軸筒7的真空玻球泡6與激光器一端的封口片2固接密封，電熱絲3的電阻溫度系數(shù)為負(fù)值，真空玻球泡6中的轉(zhuǎn)軸25的作用是在保持真空度的情況下可轉(zhuǎn)動(dòng)以便調(diào)節(jié)電熱絲3松緊。負(fù)的電阻溫度系數(shù)是為了起到負(fù)反饋?zhàn)饔枚闺姛峤z3上的電功率分布均勻。
權(quán)利要求1.一種二氧化碳激光器，包括設(shè)在水冷管外邊的儲(chǔ)氣套及回氣管、與水冷管接通的進(jìn)出水管、放電管、陰陽電極和腔鏡組成；陽電極位于全反射腔鏡組成的密封空腔內(nèi)，該空腔通過盤繞在水冷管外邊的回氣管與儲(chǔ)氣套接通，陰電極位于放電管另一端與平面腔鏡組成的密封空腔內(nèi)，其特征在于放電管內(nèi)壁為磨毛結(jié)構(gòu)，并鍍有彌散高純非電導(dǎo)通的金膜；放電管內(nèi)壁形狀為旋轉(zhuǎn)雙曲面，其腰位于放電管輸出端的平面腔鏡上。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種二氧化碳激光器,屬于二氧化碳激光器制造技術(shù)領(lǐng)域。它解決了放電管與腔內(nèi)振蕩的單模高斯光束外形相吻合和保持激光工作物質(zhì)濃度,提高了管內(nèi)激活介質(zhì)的利用率。放電管內(nèi)壁形狀為旋轉(zhuǎn)雙曲面,內(nèi)壁為磨毛結(jié)構(gòu),并鍍有彌散高純非電導(dǎo)通的金膜;金膜可催化再生二氧化碳,本激光器較原有同樣尺寸的器件功率有較大提高,使用壽命大大延長(zhǎng)。主要用于激光加工和醫(yī)用激光器。
文檔編號(hào)H01S3/03GK2362211SQ9822958
公開日2000年2月2日 申請(qǐng)日期1998年9月28日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月28日
發(fā)明者董小剛, 侯天晉 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)