CN102780145A - 快速低损耗更换激光输出镜的装置 - Google Patents

Abstract

快速低损耗更换激光输出镜的装置涉及高功率气体激光器领域，该装置包括腔阀、输出镜安装软管座、第一管路、第二管路和压力传感器；腔阀密封安装在激光器工作腔上，腔阀的通道孔径大于等于激光器工作腔上的通光孔径，且通道孔与通光孔同轴安装；输出镜安装软管座的一端法兰密封同轴安装在腔阀上，另一端法兰通过激光器的镜片压盖与激光输出镜密封连接；输出镜安装软管座的法兰上开有与外界相通的孔，第一管路、第二管路和压力传感器分别与输出镜安装软管座法兰上所开的孔密封连接；第一管路和第二管路上分别安装有管阀。本发明可以大大缩短激光输出镜的更换时间，且对激光器工作气体的浪费极小。

Description

快速低损耗更换激光输出镜的装置

技术领域

本发明涉及高功率气体激光器领域，特别涉及平均功率为数千瓦以上的气体激光器输出镜能够快速低损耗更换的装置。

背景技术

高功率气体激光器需要有一个密闭工作腔，作为承装工作气体的容器，其容积一般达几立方米以上。高功率气体激光器多采用“平－凹”光学稳定腔，由两块反射镜构成，其中一块是材质为金属的凹球面全反射镜，另一块是材质为光学玻璃的平面部分反射镜—也就是激光输出镜。在现有的激光器结构中，这两块镜片同时也是激光器密闭工作腔的密封零件，其安装方式一般有两种：一种是直接安装在激光器工作腔壁上，另一种是通过金属软管安装在外设的激光器光学支架上。

当气体激光器功率达到数千瓦以上时，短时间的工作，激光输出镜就会出现损伤现象，随着功率的增大，其使用时间大大缩短。以高功率脉冲CO₂激光器为例，当激光输出平均功率超过7kW时，连续发射激光几分钟，其输出镜内侧膜层即出现损伤现象。据统计，平均功率7kW以上的脉冲CO₂激光器输出镜累计使用时间一般不超过30分钟，10kW以上的不超过10分钟。因此，需要频繁的更换输出镜。

由于激光输出镜同时还是激光器工作腔的密封零件，故每次更换镜片前，需要先将腔内气压调整到与外界大气压相同（因激光器不同，有的是向腔内充气，有的是向外界放气），镜片拆下后，激光器工作腔就直接与大气相通了。更换镜片后，由于气体激光器对工作气体的纯净度要求很高，故需将工作腔抽到较高的真空状态以清除杂质气体，然后再充入纯净工作气体。因激光器工作腔容积大，抽真空时间长，更换一次输出镜不仅需要几个小时时间，而且每次都要浪费掉数千或数万元的工作气体（不同激光器的工作气体不同），从而对高功率气体激光器的实际工程应用产生不利影响。

发明内容

为了解决现有技术中高功率气体激光器每次更换输出镜时都会使激光器工作腔与大气相通，浪费工作气体，且更换时间长的问题，本发明提出一种可大大缩短更换时间且对工作气体的浪费也极小的激光器输出镜更换装置。

本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：

快速低损耗更换激光输出镜的装置包括腔阀、输出镜安装软管座、第一管路、第二管路和压力传感器；腔阀密封安装在激光器工作腔上，腔阀的通道孔径大于等于激光器工作腔上的通光孔径，且通道孔与通光孔同轴安装；输出镜安装软管座的一端法兰密封同轴安装在腔阀上，另一端法兰通过激光器的镜片压盖与激光输出镜密封连接；输出镜安装软管座的法兰上开有与外界相通的孔，第一管路、第二管路和压力传感器分别与输出镜安装软管座法兰上所开的孔密封连接；第一管路和第二管路上分别安装有管阀。

本发明是在激光器工作腔与输出镜安装软管座之间安装一个腔阀，腔阀的通道孔径不小于原来的通光孔径，从而对光束传输不产生影响；激光输出镜安装软管座上开有与外界相通的孔，接有两条带有管阀的管路和压力传感器，一条管路的另一端与激光器真空泵相连，另一条管路的另一端与激光器工作气源相连。激光器工作腔、腔阀、输出镜安装软管座及其连接管路（包括管阀和压力传感器）之间的所有连接都为密封连接。

本发明的工作原理是：激光器工作时，激光工作腔上的腔阀为开通状态，输出镜安装软管座两条管路上的管阀为关闭状态。当需要更换输出镜时，首先将腔阀关闭，使激光器工作腔与输出镜隔绝，腔阀与输出镜之间的空间容积很小，一般不到激光器工作腔容积的千分之一。然后进行气压平衡调整，如果腔内原气压高于外界大气压，直接通过逐步拆卸输出镜片的操作就可实现放气调整，因腔阀与输出镜之间的空间很小，则很快就与外界气压平衡；如果腔内原气压低于外界大气压，则打开输出镜安装软管座上与激光器工作气源相连管路的管阀进行充气调整，由于腔阀与输出镜之间的空间很小，也很快就与环境气压平衡（通过压力传感器显示），然后关闭该管阀，对镜片进行拆卸更换。安装完新镜片后，打开输出镜安装软管座上与激光器真空泵相连管路的管阀，启动真空泵抽真空，同样因空间小，很快达到真空度要求（通过压力传感器显示）。然后关闭该管阀与真空泵，再打开输出镜安装软管座上与激光器工作气源相连管路的管阀，充入激光工作气体，同样因空间小，很快达到与激光器工作腔相同的压力（通过压力传感器显示）。关闭该管阀，打开激光器工作腔上的腔阀，即完成了激光输出镜的更换工作。

本发明的有益效果是：该装置可以大大缩短激光输出镜的更换时间，且对激光器工作气体的浪费极小。

附图说明

图1是本发明快速低损耗更换激光输出镜的装置示意图。

图中：1、激光器工作腔，2、腔阀，3、输出镜安装软管座，4、第一管路，5、第二管路，6、激光输出镜，7、镜片压盖，8、压力传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明的快速低损耗更换激光输出镜的装置包括腔阀2、输出镜安装软管座3、第一管路4、第二管路5和压力传感器8。腔阀2密封安装在激光器工作腔1上，腔阀2的通道孔径不小于激光器工作腔上通光孔径，且两孔同轴安装；输出镜安装软管座3一端法兰密封同轴安装在腔阀2上，另一端法兰通过镜片压盖7与激光输出镜6密封连接；输出镜安装软管座3法兰上开有与外界相通的孔，将安装有管阀的第一管路4、第二管路5及一个压力传感器8与输出镜安装软管座3法兰上的孔密封连接一起。

第一管路4与激光器真空泵密封连接，第二管路5与激光器工作气源密封连接，压力传感器8通过传输信号线与激光器控制系统连接。激光器工作时，腔阀2处于开通状态，第一管路4和第二管路5上的管阀都处于关闭状态。当需要更换激光输出镜6时，首先关闭腔阀2，使激光器工作腔1与激光输出镜6隔绝，此时与激光输出镜6相关联的激光工作气体仅存于输出镜安装软管座3中，其容积不到激光器工作腔1容积的千分之一。下一步对激光输出镜两侧气压进行平衡调整。如果该激光器工作气体压力高于外界气压，则通过逐渐松动镜片压盖7上的紧固件使激光输出镜6内侧的工作气体排到外界，当激光输出镜6两侧压力达到平衡状态时（该状态即可直接从气体流动声音来判断，也可通过压力传感器8显示数据来判断），即可完全拆下镜片压盖7和激光输出镜6进行更换安装操作。如果该激光器工作压力低于外界气压，打开第二管路5上的管阀充入工作气体，当激光输出镜6两侧压力达到平衡状态时（通过压力传感器8显示数据来判断）关闭管阀，即可进行更换镜片操作。更换完成后，打开第一管路4上的管阀，启动激光器真空泵抽真空，当抽到设计真空度要求时（通过压力传感器8显示数据来判断），关闭管阀和真空泵，再打开第二管路5上的管阀充入工作气体，当腔阀2两侧压力相同时（通过压力传感器8显示数据来判断），关闭管阀，打开腔阀2，即完成了更换镜片的全部操作。

腔阀2可采用闸阀、球阀或其它可用阀门。第一管路4和第二管路5上的管阀可采用截止阀、球阀或其它可用阀门。第一管路4也可与激光器工作气源连接，第二管路5也可与激光器真空泵连接。输出镜安装软管座3上的开孔可开在任一法兰上，也可分别开在两个法兰上；既可以如图1所示开孔，也可以开一个孔分成多路连接，分别与第一管路4、第二管路5、压力传感器8连接；也可每路都对应开一个孔，还可以有其它多样的连接方式。在实际应用中，输出镜安装软管座3装有激光输出镜6一端的法兰，与激光器光学支架安装在一起，以实现激光器光学谐振腔的对准调整和工作中的稳定。

本发明的装置应用在平均功率10kW量级的脉冲CO₂激光器上时，输出镜每次更换的时间从原来的近3个小时缩短到15分钟左右，工作气体损失从原来的3千元减小到不足10元。

Claims (4)

1.快速低损耗更换激光输出镜的装置，其特征在于，该装置包括腔阀（2）、输出镜安装软管座（3）、第一管路（4）、第二管路（5）和压力传感器（8）；腔阀（2）密封安装在激光器工作腔（1）上，腔阀（2）的通道孔径大于等于激光器工作腔（1）上的通光孔径，且通道孔与通光孔同轴安装；输出镜安装软管座（3）的一端法兰密封同轴安装在腔阀（2）上，另一端法兰通过激光器的镜片压盖（7）与激光输出镜（6）密封连接；输出镜安装软管座（3）的法兰上开有与外界相通的孔，第一管路（4）、第二管路（5）和压力传感器（8）分别与输出镜安装软管座（3）法兰上所开的孔密封连接；第一管路（4）和第二管路（5）上分别安装有管阀。

2.如权利要求1所述的快速低损耗更换激光输出镜的装置，其特征在于，所述腔阀（2）为闸阀或球阀，所述第一管路（4）和第二管路（5）上的管阀为截止阀或球阀。

3.如权利要求1所述的快速低损耗更换激光输出镜的装置，其特征在于，所述输出镜安装软管座（3）的法兰上开有的与外界相通的孔开在同一个法兰上或者分别开在两个法兰上，孔的个数为2个或3个。

4.如权利要求1所述的快速低损耗更换激光输出镜的装置，其特征在于，所述输出镜安装软管座（3）的法兰上开有的与外界相通的孔为一个，由一根软管密封连接引出三个通路，第一管路（4）、第二管路（5）和压力传感器（8）分别与所述三个通路中的一个密封连接。

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