專利名稱：圓形金屬腔氣體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于氣體激光器，特別是二氧化碳激光器。
激光有多種用途，激光加工是其重要用途之一。激光加工是指利用激光進(jìn)行切割、焊接、熱處理、鉆孔和打標(biāo)等。其中激光切割占70％以上。激光切割，特別是多維精密激光切割，需要質(zhì)量好，即直徑小，發(fā)散角小、功率軸對稱分布的圓形激光束。現(xiàn)在國內(nèi)外用于激光加工的二氧化碳激光器，主要是橫流，軸流和近年出現(xiàn)的擴(kuò)散冷卻激光器。橫流二氧化碳激光器的增益分布不是軸對稱的，雖然采用多折腔可獲得發(fā)散角小的激光束，但光束的功率分布不是完全軸對稱。因此它主要用于熱處理和焊接。玻璃管軸快流二氧化碳激光器的增益分布是軸對稱的，光束的發(fā)散角小，功率分布也是軸對稱的。因此它廣泛應(yīng)用于激光切割。但它需要羅茲泵或渦輪風(fēng)機(jī)，體積大、造價(jià)高。擴(kuò)散冷卻二氧化碳激光器，體積很小。但因增益分布也不是軸對稱，采用非穩(wěn)腔或多折腔所獲得的光束不是圓形，功率不是軸對稱分布。它只適用于平面切割，不適用于多維精密激光切割。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種圓形金屬腔氣體激光器，主要在于獲得光束質(zhì)量好，光束的發(fā)散角小、功率分布是軸對稱的。體積小，比現(xiàn)有同等功率軸快流二氧化碳激光器小幾倍。
本實(shí)用新型的圓形金屬腔氣體激光器，它有箱體、風(fēng)機(jī)、熱交換器、光腔壁、電極、受激發(fā)光氣體、反射鏡、輸出鏡，光腔腔壁為圈形管狀，其特征在于氣體流道與光腔離軸相交，即氣體流道的中心線偏離腔軸一定距離，至少兩個(gè)流道沿光腔壁均布，流道分光腔壁金屬體為至少兩個(gè)同性電極，流道中間設(shè)置另一性電板，光腔金屬體電極中有冷卻水管。
如上述的激光器，其特征在于流道中間的電極位于光腔壁的圓周上。
本實(shí)用新型的圓形金屬腔氣體激光器，它有箱體、風(fēng)機(jī)、熱交換器、光腔壁、受激發(fā)光氣體、反射鏡、電極、受激發(fā)光氣體、反射鏡、輸出鏡，光腔腔壁為圓形管狀，其特征在于氣體流道與光腔壁離軸相交，即氣體流道的中心線偏離腔軸一定距離，至少兩個(gè)流道沿光腔壁均布，流道分光腔壁金屬體為至少一對電極，光腔金屬體電極中有冷卻水管。
如上述的激光器，其特征在于氣體流道的中心線與光軸垂直面成一夾角。
如上述的激光器，其特征在于反射鏡與輸出鏡之間有多個(gè)光軸一致的圓形金屬腔單元體，單元體之間留有出氣間隙。
如上述的激光器，其特征在于氣體流道的寬度為5-20mm。
如上述的激光器，其特征在于各金屬腔單元體的流道適當(dāng)錯(cuò)開。
本實(shí)用新型的圓形金屬腔氣體激光器，具有以下兩大特點(diǎn)
一，可以獲得質(zhì)量高、功率軸對稱分布的圓形激光束。其原因有三點(diǎn)1、光腔是圓形。
2，放電激活的粒子是從沿圓周均布的流道吹入腔內(nèi)，增益分布是軸對稱的。
3、腔內(nèi)氣流是旋流，各金屬腔單元體的流道適當(dāng)錯(cuò)開，有利于提高增益分布的圓周均勻性。
二、可以獲得體積小的激光器。其原因有兩點(diǎn)1、金屬腔、腔內(nèi)旋流和短氣隙橫流放電，都有利于擴(kuò)散冷卻，加以對流冷卻，大大降低腔內(nèi)溫度和熱氣體阻力。還由于全腔由多個(gè)腔單元組成，對風(fēng)機(jī)全壓的要求降低了。因此可以采用小型風(fēng)機(jī)，可將風(fēng)機(jī)，腔體和熱交換器裝在一個(gè)箱體內(nèi)，結(jié)構(gòu)緊湊。
2，氣流從各腔單元的兩端離心旋出，不是軸向沖出，除了有利于消除各相鄰兩腔單元中流場的相互干擾，提高吹入放電的穩(wěn)定性外，還有利于減小每兩個(gè)腔單元之間的距離，消除腔內(nèi)的無增益區(qū)，并提高激光器的緊湊性。


圖1，是本實(shí)用新型實(shí)施例的示意圖。其中，1箱體，2風(fēng)機(jī)，3熱交換器，4導(dǎo)流器，5冷卻水管，6腔軸，7電極，8電極，9離軸流道，10腔壁，11旋流氣。
圖2，是圖1的前視圖。其中，12圓形金屬腔單元。13輸出鏡，14出氣流，15反光鏡，16進(jìn)氣流，17間隙。
本實(shí)用新型的圓形金屬腔激光器實(shí)施例如圈1、2所示。它有箱體1，風(fēng)機(jī)2、熱交換器3、腔壁10、電極7和8、受激發(fā)光體11、反射鏡15、輸出鏡13，本實(shí)施例的圓形金屬腔單元有6個(gè)，它們同軸、等距安裝，金屬腔腔壁10與輸出鏡13、反射鏡15構(gòu)成激光器的光腔。金屬腔單元12的個(gè)數(shù)取決于激光功率的大小，由1個(gè)到幾十個(gè)。本實(shí)施例氣體流道9有4個(gè)，與光腔壁10離軸相交，所謂離軸，即根據(jù)光腔直徑的大小和對光束功率徑向分布的要求，氣體流道9的中心線偏離腔軸6一定距離，當(dāng)電極7與8之間放電時(shí)，受激發(fā)光的二氧化碳?xì)怏w11從離軸流道9中吹入光腔，形成旋流11。離軸流道9在腔壁10上均勻分布，以利于光束功率的軸對稱分布。旋流氣體11有利于光功率軸對稱分布，以形成高質(zhì)量的光束。光腔金屬體內(nèi)的冷卻水管5中通以冷卻水，以降低腔內(nèi)溫度。
氣流進(jìn)入腔10內(nèi)的入口處裝有電極7，它可以是管狀，柱狀或片狀。
本實(shí)用新型的電極還可以全用金屬體8來充當(dāng)，即改變絕緣結(jié)構(gòu)使離軸流道9兩側(cè)的金屬體8分別充當(dāng)正負(fù)電極，離軸流道9的邊壁成為放電部位。放電部位最好在流道9的光腔壁10之入口處，該處金屬暴露，流道9其他部位可用絕緣體覆蓋或者凹陷一定深度。
放電可采用直流、開關(guān)、高頻或射頻電源，氣流由風(fēng)機(jī)2產(chǎn)生，經(jīng)導(dǎo)流器4和離軸流道9，將放電激活的粒子及部分放電吹入腔10內(nèi)，形成增益，產(chǎn)生光放大，輸出激光。氣流16由于是先經(jīng)過離軸流道9，進(jìn)入腔10內(nèi)后形成旋流11，并從每個(gè)腔單元12的兩端或一端離心旋出。接著從腔單元12之間的間隔17中流出腔體10外，通過熱交換器3回到風(fēng)機(jī)2。
本實(shí)用新型可以適用的氣體11有一氧化碳、二氧化碳等多種激光氣體，適應(yīng)種類很多。
本實(shí)用新型采用圓形金屬腔，放電吹入和離軸流道形成的腔內(nèi)旋流，可以獲得發(fā)散角小、功率軸對稱分布且徑向分布可調(diào)的激光束，激光功率由百瓦級到萬瓦級。與現(xiàn)有軸快流的同功率激光器相比，電耗減少10-20％，體積小幾倍，成本大幅下降。
權(quán)利要求1.圓形金屬腔氣體激光器，它有箱體、風(fēng)機(jī)、熱交換器、光腔壁、電極、受激發(fā)光氣體、反射鏡、輸出鏡，光腔腔壁為圓形管狀，其特征在于氣體流道與光腔離軸相交，即氣體流道的中心線偏離腔軸一定距離，至少兩個(gè)流道沿光腔壁均布，流道分光腔壁金屬體為至少兩個(gè)同性電極，流道中間設(shè)置另一性電極，光腔金屬體電極中有冷卻水管。
2.如權(quán)利要求1所述的激光器，其特征在于流道中間的電極位于光腔壁的圓周附近。
3.圓形金屬腔氣體激光器，它有箱體、風(fēng)機(jī)、熱交換器、光腔壁、受激發(fā)光氣體、反射鏡、輸出鏡，光腔腔壁為圓形管狀，其特征在于氣體流道與光腔壁離軸相交，即氣體流道的中心線偏離腔軸一定距離，至少兩個(gè)流道沿光腔壁均布，流道分光腔壁金屬體為至少一對電極，光腔金屬體電極中有冷卻水管。
4.如權(quán)利要求1、2、3所述的激光器，其特征在于反射鏡與輸出鏡之間有多個(gè)光軸一致的圓形金屬腔單元體，單元體之間留有出氣間隙。
5.如權(quán)利要求1、2、3所述的激光器，其特征在于氣體流道的中心線與光軸垂直面成一夾角。
6.如權(quán)利要求4所述的激光器，其特征在于氣體流道的中心線與光軸垂直面成一夾角。
7.如權(quán)利要求3、6所述的激光器，其特征在于氣體流道的寬度為5-20mm。
8.如權(quán)利要求5所述的激光器，其特征在于氣體流道的寬度為5-20mm。
9.如權(quán)利要求4所述的激光器，其特征在于各金屬腔單元體的流道適當(dāng)錯(cuò)開。
專利摘要一種圓形金屬腔氣體激光器,它有箱體、風(fēng)機(jī)、熱交換器、光腔、電極、受激發(fā)光氣體、反射鏡、輸出鏡,光腔腔壁為圓形管狀,其特征在于氣體流道與光腔離軸相交,即氣體流道的中心線偏離腔軸一定距離,至少兩個(gè)流道沿光腔壁均布,流道分光腔壁金屬體為至少兩個(gè)同性電極,流道中間設(shè)置另一性電極,光腔金屬體電極中有冷卻水管。本實(shí)用新型的激光器可達(dá)萬瓦級,與現(xiàn)有同功率軸快流激光器相比電耗減少10—20%,體積小幾倍,成本大幅下降。而且有圓形、發(fā)散角小、功率軸對稱分布的優(yōu)質(zhì)光束。
文檔編號(hào)H01S3/22GK2350905SQ9823595
公開日1999年11月24日 申請日期1998年6月19日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月19日
發(fā)明者李再光 申請人:李再光