CN100438233C

CN100438233C - 封离型射频激励co2波导激光器

Info

Publication number: CN100438233C
Application number: CNB2005101363037A
Authority: CN
Inventors: 原鹏; 金艳华
Original assignee: BEIJING ZHD (LASER) SCIENCE-TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING ZHD (LASER) SCIENCE-TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2005-12-30
Filing date: 2005-12-30
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2025-12-30
Also published as: CN1992453A

Abstract

本发明涉及CO₂激光器。本发明公开的一种封离型射频激励CO₂波导激光器，包括：射频源、冷却水管、波导管及管内的气体、管壳、前端盖、后端盖、射频耦合窗、反射镜片、输出镜片、镜片压紧盖，其中，所述波导管的密封，采用金属密封材料；所述管内的气体包括CO₂气体和辅助气体；所述端盖包括外筒和内筒，外筒和内筒通过连接环连接，镜片置于内筒的端部，镜片压紧盖压在镜片上，并通过螺钉与内筒连接。本发明密封性能好、功率输出稳定、拆卸方便，能够调整激光器的谐振腔。

Description

封离型射频激励CO2波导激光器

技术领域

本发明涉及CO₂激光器，具体涉及射频激励CO₂波导激光器。

背景技术

在近半个世纪的激光发展史上，激光正在飞速的向前发展，目前激光已经广泛应用于各个包装业(喷码、打标)、制造业(雕刻、切割、焊接)、医疗、军事、通讯、环保等领域。为了满足应用的需要，各种类型的激光器先后被开发出来。射频激励CO₂激光器只是激光器中的一种，国内市场上使用的主要靠进口。对于封离型射频激励CO₂波导激光器来讲，密封是其关键技术之一，密封的好坏将直接影响到激光器的寿命。传统的密封方式是采用橡胶圈密封，或者是采用焊接密封，还有一种是采用刀口硬密封。这几种密封方式都存在一定的不足。激光器在工作过程中，是电能转换为光能和热能，橡胶圈在热的情况下会产生放气和变形，使得激光器内的气体压强及气体成分发生变化，直接影响到激光器的功率输出及寿命。橡胶圈的变形会影响到激光模式的变化。焊接密封的缺点是铝焊接本身就存在技术难点，废品率高，且焊接好了以后，拆卸不方便。刀口密封是一种硬密封，缺点是一次性使用，而且密封的成功率低。如图1所示，采取在管端密封件511上面加工出内角为60度的刀刃，通过压紧端盖512与管壳1连接压紧，管端密封件511的刀刃压入管体1内，完成硬密封。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种密封性能好、功率输出稳定、拆卸方便，能够调整谐振腔的封离型射频激励CO₂波导激光器。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采取以下方案：

本发明的封离型射频激励CO₂波导激光器，包括冷却水管、波导管及管内的气体、管壳、前端盖、后端盖、射频耦合窗、反射镜片、输出镜片、镜片压紧盖，其中，所述波导管的密封，采用铟密封材料；所述管内的气体包括CO₂气体和辅助气体；所述端盖包括外筒和内筒，在所述端盖上装有调节螺钉，外筒和内筒通过连接环连接，通过调节螺钉，所述连接环能够发生变形，镜片置于内筒的端部，镜片压紧盖压在镜片上，并通过螺钉与内筒连接。

其中，所述射频耦合窗包括窗导体、窗焊片、窗座、窗陶瓷、密封圈、射频窗压紧盖、螺钉，其中，窗座通过密封圈与管壳密封，窗陶瓷与窗座的上端部连接，窗焊片与窗陶瓷连接，窗导体通过窗焊片和窗陶瓷插入波导管内，射频窗压紧盖压在窗座上，并通过螺钉与管壳连接。

其中，所述波导管的密封包括前端盖与管壳之间的密封、后端盖与管壳之间的密封、射频耦合窗与管壳之间的密封、排气管与管壳之间的密封、输出镜片与前端盖之间的密封、反射镜片与后端盖之间的密封。

其中，所述金属密封材料为铟。

其中，所述辅助气体为N₂、He、Xe，其中，CO₂气体与N₂、He、Xe的体积比例为1∶1.0～1.6∶0.6～0.8∶6～8。

其中，所述冷却水管通过滚珠镶嵌在冷却水管的出水口和入水口处而实现密封。

其中，所述窗座的内壁与窗导体的空间距离至少为9mm，窗座的底部与上电极之间的空间距离至少为9mm。

(三)有益效果

1)由于采用以上方案，本发明解决了橡胶圈因放气而带来的气体变质、气压增加、激光器寿命缩短、模式发生变化的问题；2)由于密封的两个金属件之间采用螺钉连接，方便拆卸，且密封圈能够重复使用，降低维修成本；3)由于镜片置于端盖的内筒内，因此，只要通过螺钉调节内筒的角度就能调整镜片的角度，从而实现激光器谐振腔的调整。

附图说明

图1是现有技术端盖密封及光学镜片调整结构示意图；

图2是本发明的整体结构示意图；

图3是图2的A-A剖面示意图；

图4是本发明后端盖密封及光学镜片调整结构示意图；

图5是本发明射频耦合窗结构示意图；

图6是本发明水路结构示意图。

图中：100、射频源；1、管壳；2、射频耦合窗；4、排气管；5、后端盖；6、前端盖；503、反射镜片；601、输出镜片；7、上电极；8、下电极；9、陶瓷；501、铟密封圈；502、螺钉；503、反射镜片；504、镜片压紧盖；505、调节螺钉；506、铟密封圈；201、窗导体；202、窗焊片；203、窗座；204、窗陶瓷；205、铟密封圈；206、射频窗压紧盖；207、螺钉；11、入水口；12、出水口；602-610、滚珠；511、管端密封件；512、压紧端盖，D、连接环。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的封离型射频激励CO2波导激光器由以下几部分组成：射频源100、管壳1、射频耦合窗2、排气管4、后端盖5、前端盖6、反射镜片503、输出镜片601，见图2；上电极7、下电极8、陶瓷9，见图3；铟密封圈501、螺钉502、反射镜片503、镜片压紧盖504、调节螺钉505、铟密封圈506，见图4；窗导体201、窗焊片202、窗座203、窗陶瓷204、铟密封圈205、射频窗压紧盖206、螺钉207，见图5；入水口11、出水口12，滚珠602-610，见图6。

如图2所示，本发明总共有七处涉及到密封问题，前端盖6与管壳1、后端盖5与管壳1、两个射频耦合窗2与管壳1、排气管4与管壳1，以及输出镜片601与前端盖6、反射镜片503与后端盖5之间的密封。金属与金属之间的密封如图4所示，铟密封圈放在管壳1的凹槽内，前端盖6的凸台压在管壳1凹槽内铟密封圈506的上面，通过螺钉锁紧，将前端盖和管壳1密封在一起。金属与光学镜片之间的密封如图4所示，铟密封圈501放在后端盖5与镜片压紧盖504之间，后端盖5与镜片压紧盖504之间通过螺钉502连接，在锁紧螺钉的过程中，铟密封圈发生变形，填充在镜片和后端盖之间的接触面上，将镜片与后端盖密封在一起。

如图4所示，本发明的端盖密封及光学镜片的调整结构为一整体结构，改变了原来使用一个不锈钢的刀口密封件及一个碳钢的压紧端盖，本发明主要部件：1、管壳；5、后端盖；6、前端盖；7、上电极；8、下电极；504、镜片压紧盖；206、射频窗压紧盖等所选用的材料为铝，材料本身价格低廉，加工方便，成本降低。镜片的调节过程如下：后端盖5的连接环D的厚度设计为1.5mm，通过调整螺钉505，后端盖5的连接环D发生变形，反射镜片503的角度发生变化，从而达到镜片调整的目的。

如图5所示，本发明射频耦合窗的结构包括窗导体201、窗焊片202、窗座203、窗陶瓷204、铟密封圈205、射频窗压紧盖206、螺钉207组成。该结构设计主要考虑三个方面的要素：1、位于管壳内的窗座203与窗导体201的空间距离大于9mm，窗座203与上电极7之间的空间距离大于9mm，使得气体在波导管内放电，在波导管外的空间均不放电；2、窗导体201导电性能好，与窗座203之间绝缘；3、窗座203与管壳1之间密封，射频输入窗组件本身真空密封。

如图6所示，本发明的冷却水管是在型材拉制和后续加工中形成的，为了形成该水循环通路，选用不锈钢滚珠602、603、604、605、606、607、608、609、610镶嵌在型材拉制和后续加工过程中形成的孔如图示的位置上，进行孔的密封，滚珠直径比水管直径大0.2mm。此种密封方法，方便、快捷、有效。冷却水由入水口11进，由出水口12流出。

本发明的气体的成分及气体比例的实施例如下：

实施例1：CO2∶N2∶Xe∶He体积比例为1∶1.6∶0.8∶7；激光器输出功率为27W。

实施例2：CO2∶N2∶Xe∶He体积比例为1∶1.0∶0.6∶6；激光器输出功率为28W。

实施例3：CO2∶N2∶Xe∶He体积比例为1∶1.3∶0.7∶8；激光器输出功率为32W，气体容易产生辉光放电，激光输出功率稳定。

本专利所述的封离型射频激励CO2波导激光器与传统的玻璃管激光器相比较，具有以下四个方面的优点：1、玻璃管激光器采用直流放电，阳极上有上万伏的高压，安全隐患较大。本发明的激光器采用射频激励，没有高压，不存在高压的安全隐患；2、玻璃管激光器采用直流激励，电源调制较为困难，且调制频率最高为1.5KHz，本发明的激光器有利于电源调制，调制频率为500Hz～10KHz；3、玻璃管激光器存在阴极溅射，镜片容易污染，直接影响激光器的使用寿命，国内玻璃管激光器使用寿命一般为1000多小时，而本发明的激光器不存在溅射问题，镜片在真空室中，不容易污染，使用寿命1万小时左右，功率稳定；4、玻璃管激光器大多数模式为多模，如果调整为单模，功率损耗大，本发明的激光器为波导激光器，模式为TEM00模。

Claims

1、一种封离型射频激励CO₂波导激光器，包括冷却水管、波导管及管内的气体、管壳、前端盖、后端盖、射频耦合窗、反射镜片、输出镜片、镜片压紧盖，其特征在于：所述波导管的密封，采用铟为密封材料；所述管内的气体包括CO₂气体和辅助气体；所述端盖包括外筒和内筒，在所述端盖上装有调节螺钉，外筒和内筒通过连接环连接，通过调节螺钉，所述连接环能够发生变形，镜片置于内筒的端部，镜片压紧盖压在镜片上，并通过螺钉与内筒连接。

2、如权利要求1所述的一种封离型射频激励CO₂波导激光器，其特征在于：所述射频耦合窗包括窗导体(201)、窗焊片(202)、窗座(203)、窗陶瓷(204)、密封圈(205)、射频窗压紧盖(206)、螺钉(207)，其中，窗座(203)通过密封圈(205)与管壳密封，窗陶瓷(204)与窗座(203)的上端部连接，窗焊片(202)与窗陶瓷(204)连接，窗导体(201)通过窗焊片(202)和窗陶瓷(204)插入波导管内，射频窗压紧盖(206)压在窗座(203)上，并通过螺钉与管壳连接。

3、如权利要求1所述的一种封离型射频激励CO₂波导激光器，其特征在于：所述波导管的密封包括前端盖(6)与管壳(1)之间的密封、后端盖(5)与管壳(1)之间的密封、射频耦合窗(2)与管壳(1)之间的密封、排气管(4)与管壳(1)之间的密封、输出镜片(601)与前端盖(6)之间的密封、反射镜片(503)与后端盖(5)之间的密封。

4、如权利要求1所述的一种封离型射频激励CO₂波导激光器，其特征在于：所述辅助气体为N₂、He、Xe，其中，CO₂气体与N₂、He、Xe的体积比例为1∶1.0～1.6∶0.6～0.8∶6～8。

5、如权利要求1所述的一种封离型射频激励CO₂波导激光器，其特征在于：所述冷却水管在加工中形成的小孔通过滚珠镶嵌密封。

6、如权利要求2所述的一种封离型射频激励CO₂波导激光器，其特征在于：所述窗座(203)的内壁与窗导体(201)的空间距离至少为9mm，窗座(203)的底部与上电极(7)之间的空间距离至少为9mm。