CN100544140C - 气体激光器振荡装置 - Google Patents

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Abstract

一种气体激光器振荡装置，其在气体集流部使气体流稳定、可得到更稳定的激光输出或者随时间变化少的激光光束模式。通过第一激励部以及第二激励部的激光气体，分别导入锥状的第一以及第二气体流道内，在气体集流部的中央点附近集流，成为一个流后进入气体流道内。在这里，来自激励部的气体流，通过气体流道内的偏转元件偏转，通过气体集流部内的靠-X方向，来自激励部的气体流通过气体流道内的偏转元件偏转，通过气体集流部内的靠+X方向。

Description

气体激光器振荡装置
技术领域
本发明涉及气体激光器振荡装置，特别涉及装备具有集流部的气体流道的气体激光器振荡装置。
背景技术
在使作为激光介质的激光气体流入激励部、通过放电或者光、化学反应使发生激光的轴流型气体激光器振荡装置中，对于气体流道正在进行各种钻研或者改良。例如，在特开平6—326379号公报中，公开了为减低气体流道的压力损失在激光气体的导入部以及排出部上设置锥形的结构。另外，在特开平9—199772号公报中，公开了对激励部的前段的气体流道形状作了种种考虑为放电稳定将放电管内的激光气体流做成旋转流的结构。
进而，现正在采用例如如特开2003—283008号公开或者在特开2004—235517号公报中表示那样的、在同一激光器光轴上配置两个激励部、在两个激励部之间的气体集流部使气体流正面冲突来集流的结构。使来自两个激励部的气体流的集流，与分离两个流的场合相比，具有能够削减流道的部件数、或者能够缩短非激励部分的长度的优点。能够得到这样的效果：通过减少流道的部件数能够抑制激光振荡器的成本，另外通过缩短非激励部分的长度能够抑制损失提高振荡效率。
图5以及图6是表示具有如在特开2003—283008号公报或者特开2004—235517告公报中表示的轴流型气体激光器振荡装置的气体集流部的结构的斜视图。在现有技术中，激励部103a以及103b和集流部123之间相对的两个锥形气体流道，亦即气体流道161a以及161b，成为关于通过气体集流部的中央点151、与激光器光轴104垂直的对称轴152互相左右对称，换言之是关于包含对称轴152、在与激光器光轴104垂直的平面面对称的结构。
因此，两个气体流同样(同流量、同线速度)流过各气体流道内，在中央点151附近正面冲突。在这一场合，集流部123处的气体流的状态不稳定亦即容易转移。例如，有时相对于在某时刻t1时的气体流如图5那样，而在别的时刻t2气体流则变化成如图6那样。详细说，对于在图5中来自激励部103a的气体流180a通过靠-X方向、来自激励部103b的气体流180b通过靠+X方向进行集流，而在图6中来自激励部103a的气体流180a通过靠+X方向、来自激励部103b的气体流180b通过靠-X方向进行集流。此外，如图5以及图6所示，X方向取与激光器光轴平行的轴(Y轴)以及集流后的气体流道162的长轴(Z轴)双方垂直的轴方向。在该例中，表示在从时刻t1到t2之间气体流的状态在转移，气体流不稳定。如上所述，在相对的两个气体流道是互相面对称的结构的场合气体流变得不稳定，这点从通过气体流的有限元法的数值解析也可以确认。
因为通过激励部被活性化了的激光气体具有吸收激光的性质，所以当气体流变得不稳定时激光输出或者光束模式形状有时会变动，例如引起激光加工中切断时的切断面质量的恶化或者在光源中使用的场合光量的变动，进而在物质处理中使用的场合处理质量降低。
如上述特开平6—326379号公报或者特开平9—199772号公报那样，进行过一些谋求气体流道的改良的尝试，但是哪一个都不涉及在具有像特开2003—283008号公报或者特开2004—235517告公报那样的相对的气体流道的气体激光器振荡装置中避免气体流的正面冲突的技术。
发明内容
因此，本发明的目的是，提供一种气体激光器振荡装置，其在所述气体集流部中，使气体流稳定，能够得到更稳定的激光输出或者随时间变化少的激光光束模式。
为实现上述目的，本发明提供一种气体激光器振荡装置，其具有：用于流过激光器振荡用的介质气体的第一以及第二气体流道；所述第一以及第二气体流道集流的集流部；在所述第一以及第二气体流道上分别设置的、同时沿同一激光器光轴配置的、激励所述介质气体的第一激励部以及第二激励部；其特征在于，从所述第一激励部到所述气体集流部的所述第一气体流道和从所述第二激励部到所述气体集流部的所述第二气体流道具有互相非面对称的结构。
具体说，从所述第一激励部到所述气体集流部的所述第一气体流道和从所述第二激励部到所述气体集流部的所述第二气体流道，可以具有通过所述气体集流部的中央点、以垂直于所述激光器光轴的中央轴为中心、具有互相180度的旋转对称性的结构。
也可以在从所述第一激励部到所述气体集流部的所述第一气体流道内以及在从所述第二激励部到所述气体集流部的所述第二气体流道内，分别配置改变气体流的方向的偏转元件。
所述偏转元件的优选例子是板状部件。
或者从所述第一激励部到所述气体集流部的所述第一气体流道的流道形状和从所述第二激励部到所述气体集流部的所述第二气体流道的流道形状，也可以是互相非面对称的。
所述激励部的一个具体的例子是通过放电使发生激光的放电管。
附图说明
本发明的上述或者其他的目的、特征以及优点，通过参考附图对于以下的优选实施形态的说明会更加清楚。
图1是表示本发明的气体激光器振荡装置的基本结构的图。
图2是本发明的第一实施形态的气体激光器振荡装置的气体集流部附近的放大斜视图。
图3是从上方看图2的气体集流部附近的图。
图4是从上方看本发明的第二实施形态的气体激光器振荡装置的气体集流部附近的图。
图5是表示在现有技术的气体激光器振荡装置的气体集流部中的某时刻的气体流的图。
图6是表示在和图5不同时刻的气体流的图。
具体实施方式
下面参照附图详细说明本发明。图1是表示本发明的具有气体集流部的气体激光器振荡装置的概略结构的图。包含碳酸气、氮气等激光器介质的激光器振荡用的介质气体(以下称为激光气体)，通过送风机11送出，在第一热交换器11d中冷却后在气体分支点20分支成两支。这里，该第一热交换器11d以及后述的第二热交换器10c例如是在激光气体和冷却水之间进行热交换的热交换器。分支成两支的气体的一方导入气体流道60a通过第一激励部3a，另一方导入气体流道60b通过第二激励部3b。在通过该第一激励部3a以及第二激励部3b期间，激光气体被激励而成为激光活性状态。这些激励部，例如是通过激光器电源30供给电力在激光气体中放电的放电管，但是也可以是通过光、化学反应的激励方式的部件。
第一激励部3a以及第二激励部3b，因为在输出镜1和后镜2之间被夹持配置，所以通过第一激励部3a以及第二激励部3b产生的光在输出镜1和后镜2之间被放大，激光器振荡，在振荡器内激光光路上产生激光。输出镜1是部分透过镜，透过输出镜1的激光成为输出激光40被输出。通过第一激励部3a以及第二激励部3b的激光气体，分别通过第一以及第二气体流道60a以及60b的锥状部分61a以及61b，进而在气体集流部23集流，成为一个流进入气体流道62内，其后用第二热交换器10c冷却，返回送风机11。
以上说明的激光器振荡装置的基本结构，可以和现有技术相同。另外，气体流道中的送风机以及热交换器不是必须的部件。再有，图1的激光器振荡装置有两个激励部以及一个集流部，但是即使是有四个激励部以及两个集流部的激光器振荡装置本发明也可以适用。
图2是本发明的第一实施形态的气体集流部23附近的放大斜视图。如该图所示，本发明的特征在于，包含第一激励部3a和气体集流部23之间的第一偏转元件70a的第一气体流道61a、和包含第二激励部和气体集流部23之间的第二偏转元件70b的第二气体流道61b，不是关于通过气体集流部23的中央点51在垂直于激光器光轴4亦即在Z轴方向延伸的中央轴52左右对称的，换言之做成关于与包含中央轴52的激光器光轴4垂直的平面非面对称的结构。
通过第一激励部3a以及第二激励部3b的激光气体，分别导入锥状的第一以及第二气体流道61a以及61b内，在气体集流部23的中央点51附近集流，成为一个流、进入气体流道62内。在这里，来自第一激励部3a的气体流通过第一气体流道61a内的第一偏转元件70a像箭头80a那样偏转、在气体集流部23内的靠-X方向通过，另一方面，来自第二激励部3b的气体流通过第二气体流道61b内的第二偏转元件70b像箭头80b那样偏转、在气体集流部23内的靠+X方向通过。此外，如图2所示，X方向取与激光器光轴平行的轴(Y轴)以及集流后的气体流道62的长轴(Z轴)双方垂直的轴方向。根据这样的结构，从相对的气体流道流来的激光气体，因为不像现有技术那样在集流部的中央点附近正面冲突引起不稳定的转移现象，所以作为结果能够得到稳定的激光。
图3是从上(在Z轴方向上)看第一以及第二偏转元件70a以及70b的图。偏转元件70a以及70b，是改变激光气体的流的例如板状的元件，用金属、陶瓷或者树脂等制作。如图2以及图3所示，偏转元件70a以及70b，在不干涉激光光路4的位置、而且构成为互相关于通过中央点51在与激光器光轴4垂直的Z轴方向上延伸的中央轴52具有180度的旋转对称性那样配置。另外，各偏转元件可以用公知的方法在气体流道内安装，但是第一以及第二偏转元件70a以及70b也可以是分别和第一以及第二气体流道61a以及61b为一体的部件。另外在本实施形态中，偏转元件作被图示为板状部件，但是只要能够实现两个气体流道的非面对称性的部件什么样的形状都可以。
如使用图2以及图3说明的实施形态那样，具有包含偏转元件的第一以及第二气体流道61a以及61b互相以对称轴52作为中心具有180度的旋转对称性的结构，这点关于激光器振荡器的制造在部件共同化等方面是有利的。但是，显然，即使相对的气体流道不是旋转对称，只要是互相非面对称的结构，也可以得到本发明的主要的效果。
图4是从上看(在Z轴方向上)本发明的第二实施形态的气体集流部23的图。在本实施形态中，不设置图2以及图3所示那样的偏转元件，代之为第一以及第二气体流道61a以及61b各个分别是稍微变形的锥形状(亦即各气体流道关于激光器光轴4某些非旋转对称)，而且以对称轴52为中心具有180度的旋转对称性。通过这样的结构也能够使相对的气体流道61a以及61b形成互相非面对称的结构，由此，气体流在气体流道61a内稍微偏转-X方向，反之在气体流道61b内稍微偏转+X方向。因此，在该结构中也和实施形态同样，能够得到在气体集流部内的气体流稳定的效果。
如上所述，当相对的流道是互相非面对称的结构时，与是面对称的结构的场合相比，气体集流部处的气体流状态的转移变少，气体流稳定。这点通过气体流的有限元法的数值解析也可以确认。
根据本发明的激光气体振荡装置，通过使相对的两个气体流道构成互相非面对称，能够使相对的两个气体流互相错开避免正面冲突。因此，能够消除气体集流部处的气体流的不稳定性，能够得到更稳定的激光输出或者随时间变化少的激光光束模式。
另外，通过把从第一激励部到气体集流部的第一气体流道、和从第二激励部到气体集流部的第二气体流道，做成具有通过气体集流部的中央点以与激光器光轴垂直的中央轴作为中心互相180度的旋转对称性的结构，能够得到关于激光器振荡器的制造能够使部件共同化的优点，在管理以及成本方面有利。
作为实现非面对称性的具体的结构，可以是在第一以及第二气体流道内设置的板状部件等的偏转元件，或者是关于激光器光轴非旋转对称形状的第一以及第二气体流道等，两者都可以以简单的结构实现本申请的目的。
参照为说明选定的特定的实施形态说明了本发明，但是，对于专业人员来说，显然，在不脱离本发明的基本概念以及范围的情况下，能够进行多种变更。

Claims (3)

1.一种气体激光器振荡装置，具有：
用于流过激光器振荡用的介质气体的第一以及第二气体流道(60a，61a，60b，61b)；
所述第一以及第二气体流道(60a，61a，60b，61b)集流的气体集流部(23)；和
在所述第一以及第二气体流道(60a，61a，60b，61b)上分别设置且沿同一激光器光轴(4)配置的激励所述介质气体的第一激励部以及第二激励部(3a，3b)，
其特征在于，
从所述第一激励部(3a)到所述气体集流部(23)的所述第一气体流道(60a，61a)和从所述第二激励部(3b)到所述气体集流部(23)的所述第二气体流道(60b，61b)，具有互相非面对称的结构，并且，
从所述第一激励部(3a)到所述气体集流部(23)的所述第一气体流道(60a，61a)和从所述第二激励部(3b)到所述气体集流部(23)的所述第二气体流道(60b，61b)，具有互相180度的旋转对称性的结构，该互相180度的旋转对称性的结构以通过所述气体集流部(23)的中央点(51)、且垂直于所述激光器光轴(4)的中央轴(52)为中心。
2.根据权利要求1所述的气体激光器振荡装置，其特征在于，
在从所述第一激励部(3a)到所述气体集流部(23)的所述第一气体流道(60a，61a)内和在从所述第二激励部(3b)到所述气体集流部(23)的所述第二气体流道(60b，61b)内，分别配置改变气体流的方向的偏转元件(70a，70b)。
3.根据权利要求2所述的气体激光器振荡装置，其特征在于，
所述偏转元件(70a，70b)是板状部件。
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Granted publication date: 20090923