CN103765703A - 一种具有气藏的气体激光器设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光器设备，其包括管状空间，由至少两个用于待激发气体的谐振管(12)形成；至少两个谐振管各自的激发装置(50)，用于激发谐振管内的气体来产生激光；部分反射输出耦合器(42)，用于耦合出激光束；以及至少一个气藏容器(60)，形成一个气藏，气藏容器中没有激发装置，并且与管状空间流体连通，其中气藏容器被设置在至少两个谐振管之间并且通过两个独立的连接部(20)与管状空间连接。

Description

一种具有气藏的气体激光器设备
技术领域
本发明涉及一种气体激光器设备。
背景技术
在气体激光器设备的操作中，会产生不适合进一步激发的废弃产品。举例来说，在一种二氧化碳(CO2)激光器中，在激光器操作中会形成诸如氢气(H2)、水蒸气(H2O)和一氧化碳(CO)的气体组分。因此，在激光器设备中，或者需要在一定时间间隔将气体进行再生，或者需要提供恒定流量的新鲜气体。
为了提高两个连续再生之间的时间，已经公知的是，在气体容器上连接发生气体激发的激光器设备的管状空间，该气体容器为管状空间提供新鲜气体。
国际专利WO02/43197公开了一种气体激光器，包括于其中发生激光放电的放电管。气藏与放电管内部通过两个不同的通道流体连通。
美国专利US4189687描述了一种气体激光器，其具有激光管以及通过处于激光管相对端的不同的导管与激光管连接的储藏容器。从储藏容器中放出的气体迁移进入激光管，维持气体能在激光管内进行激光反应。
美国专利US5592504公开了一种气体激光器，包括复数个细长圆柱形孔，其中第一孔形成激光气体放电室，第二孔形成激光气藏室。这些腔室是由一个开口流体连接，这个开口是沿着这些腔室全长延伸的狭槽。
美国专利US4189687公开了一种纵向激发的气体激光器，包括激光管和电极，用于产生纵向激发的气体激光放电。激光管包括复数个相互连接的管部。气藏被提供来补充管部的气体。
美国专利US6263007B1公开了一种激光器组件，包括壳体，具有包含激光作用介质的光学谐振腔；抽运源，被连结规定激光作用介质以将激光放大通过光学谐振腔，且至少一个激光作用介质供给独立设置在壳体外且储藏有一定量的激光作用介质的储藏容器。
美国专利US5115446公开了一种用于法兰盘以及两条激光束光路上的其他组件的承载结构。在壳体上表面上方，提供有连接线的上部的星形配置，连接线具有四个进口线和四个返回线。这些结构具有矩形管的形态，并容纳有冷却器。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种具有尤其良好性能的紧凑激光器设备。
根据本发明通过具有权利要求1的特征的一种激光器设备，就能实现本发明的目的。优选实施例在从属权利要求中给出。
根据本发明的激光器设备包括：管状空间，由至少两个用于待激发气体的谐振管组成；至少两个谐振管各自的激发装置，用于激发谐振管内的气体来产生激光；部分反射输出耦合器，用于耦合出激光束；以及至少一个气藏容器，形成一个气藏，气藏容器中没有激发装置，并且与管状空间流体连通，其中气藏容器被设置在至少两个谐振管之间并且在两个分开的连接部与管状空间连接。
本发明的激光器设备是一种气体激光器，尤其可以是一种二氧化碳(CO2)激光器设备，其中管状空间中的气体包括二氧化碳(CO2)。这种激光器设备的原理是本领域中公知的，因此在此将省略其详细描述。本发明的一个优选实施例中，该激光器设备是一种激光器设备或者一种打标头，用于使用激光束标记或者雕刻物体。
本发明的一种基本理念是提供一种气藏或者气体三维空间，能够扩展形成激光器的谐振器的管状空间中的气体体积。气体的这种附加三维空间没有激发装置，并且除了激光器设备的管状空间，也就是激光器的谐振器之外，还提供了气体的附加三维空间。
根据本发明，管状空间含有气体，该气体被提供于管状空间的外圆周上的激发装置激发。这种激发装置尤其可以是射频电极。该管状空间可被用于气体激发的激发装置至少部分包围。通过气体的激发在管状空间内形成激光。
因为该气藏容器不具有任何激发装置，所以在该气体容器中没有激光产生，此外，该激光仅在该气体容器外被优先反射。
该气藏容器包括两个分开的连接器，连接器与管状空间的两个分开的连接部连接。这些分开的连接器以及连接部从气藏容器至激光器的管状空间提供具有良好流动性的气流。尤其是，该气体能被分流至管状空间的不同部分，以便能在管状空间中提供更为均匀的新鲜气体分流。
本发明的一个优选实施例中，管状空间和气藏容器形成了一个封闭气体系统。这尤其意味着，该激光器设备的空腔是由该管状空间组成的，且该气藏容器是一个封闭的空腔，而且没有恒定的气流通过该谐振器。空腔中的气体仅在激光器设备停止运转的特定时间间隔内被取代。来自该气藏容器中的新鲜气体主要通过气体扩散被补给至管状空间中，形成了谐振器。
该管状空间包括复数个谐振管，尤其是有至少两个谐振管，可以是通过一个或复数个法兰相互连接的线形谐振管。这些谐振管被以倾斜的方式彼此相对设置，并且激光可通过一块设置于谐振管之间的反射镜从一个谐振管被反射至相邻的谐振管，这些谐振管可互相以机械方式连接，换句话说该激光器设备可包括包含有复数个互相连接的谐振管的谐振器。
这些谐振管可以具有适合激光产生的任意形态，并且通常可被称为激光增益三维空间。根据本发明，优选的增益三维空间呈圆柱体或者管状形状，但也可以使用其他几何形状的增益三维空间。
本发明的一个优选实施例中，提供了连接在两个相邻的谐振管之间的连接元件。连接元件或者拐角法兰可包括至少一块用于反射谐振管之间的激光的反射镜，并且优选包括陶瓷材料。除了这种两个谐振管之间的对接法兰，在共同的管状空间相对的轴向端处可具有连接着上述谐振管的端部法兰。
该管状空间或者谐振器形成该激光器设备的空腔，在其内部的激光在处于一端的全反射背光镜以及处于相对端的部分反射输出耦合器之间被反射。上述端部法兰各自优选包括上述输出耦合器以及背光镜。
本发明的一个优选实施例中，该气藏容器与至少一个连接元件和/或一个端部法兰连接，该连接元件包括至少两个谐振管以及至少一个气藏容器的进口部或者连接部。
连接元件还优选包括内腔，其与至少两个谐振管流体连通，并且允许气体在至少两个相邻的谐振管以及至少一个气藏容器之间流动。该内腔可具有倾斜的管状形状，其中空腔的一个拐角处可设置反射镜，用于反射谐振管之间的激光。
通过提供两个连接元件，可以获得一种有益的气体容器安装方式，每一个连接元件在上述两个相邻的谐振管之间连接，并且气藏容器与上述两个连接元件连接。也就是说，该气体容器可在两个连接元件之间延伸。特别有益的是，该气体容器大体上沿着设置于上述两个连接元件的谐振管延伸。
此外，根据本发明优选的是，上述气藏容器与至少两个谐振管是流体连通的。由此，新鲜气体可被直接补给至少两个谐振管中，例如通过其中一个上述连接元件。优选地，该气藏容器具有管状形状，并且被设置在与上述谐振管相同的平面。
例如，上述至少两个谐振管可被设置为L形形状或V形形状，且该气藏容器可被设置在上述谐振管之间的同一平面上。因此，该气藏容器连接着该激光器设备的两个不同的谐振管。
通过将上述谐振管设置成包围着处于这些谐振管之间的自由中央空间的开环或者闭环的形状，可获得一种带有增强功率的紧凑型激光器设备。相比于线形谐振器，通过在自由中央空间的周围折叠上述谐振器，可在不增加该激光器设备总长度的同时增加谐振器的长度。这些折叠成环状图形的谐振管在该激光器设备中提供了一个自由空间，至少可被上述谐振管部分包围。举例来说，通过在所述自由空间中放置物体，该激光器设备的横截面中的自由空间可被使用。举例来说，该物体可以是一种具有一个或复数个可移动反射镜、气体激发装置或者谐振管冷却装置的扫描设备。
为了在该激光器设备或者打标头的中心区域提供自由空间，上述谐振管可被设置成能定义该自由空间的回路或者环的形态。这些谐振管优选为直管，即这些谐振管有沿着一条直线延伸的纵轴。拐角区域可由相邻的谐振管形成，因此，这种谐振器的形态还可以被描述成倾斜的环，可以是一个环路形态的闭环，也可以是一个在两个谐振管之间有间隙的开环。
尤其优选的是，每两个相邻谐振管之间的角度大于60°。这允许了这些谐振管之间更好并且尤其是更加有效果的激光耦合。根据本发明，还优选地，每两个相邻的谐振管之间形成的角度是相等的。
本发明的一个进一步优选的实施例中，这些谐振管被设置成三角形、矩形、正方形、U形或者V形图形。在三角形图形中，该激光器设备的谐振器包括三个谐振管，而在矩形或者正方形图形中，这些谐振器可由四个谐振管组成，在其他优选实施例中，五个或者更多的谐振管可被提供并设置在多角形形态中。这些谐振管的环状设置可使谐振器的几何形状被优化，举例来说被优化至所需求的功率和特定应用中的体积限制。U形图形作为开环或者回路的一种实施例，通过该环中的开口可以方便地进入上述自由中央空间。因此，物体可通过相邻于开环的开口的两个谐振管之间的间隙被插入上述自由中央空间中。
该激光器设备可被配置为，将激光束定向至被谐振管和/或至少一个气藏管道封闭的自由中央空间中。为此，可提供一种将激光束往自由中央空间的方向偏转通过输出耦合器的偏转镜。该偏转镜或者输出镜优选设置在谐振器外，被背光镜和输出耦合器定义在相对的纵轴端。
本发明的一个优选实施例中，气藏容器是一种气藏管道，其具有能与管状空间的连接部连接的两个独立管道连接器，该气藏管道被优选设置为，沿着至少一部分是三角形、矩形、正方形或U形图形的谐振管设置。此外，优选的是，设置该气藏管道使得在自由中央空间中能放置扫描设备、气体激发装置、谐振管冷却装置和/或其他组件。
上述谐振管与气藏管道被优选设置在一个平面上，这些在共同平面上的管道提供了一种非常紧凑且扁平的激光器设备的设计。此外，这种实施例允许了复数个激光器设备的堆叠，从而，可形成具有复数个堆叠着的激光器设备的一种激光器设置。
通过以与上述该激光器设备中至少一个谐振管平行的方式延伸的气藏管道，可形成一种紧凑型激光器设备。因此，气藏容器可具有带有纵轴的管道形状，该纵轴以与沿着管状空间的纵轴或者管状空间中的一个谐振管的纵轴平行的方式延伸。上述气藏管道可大体上与上述谐振管具有相同的长度并且与谐振管直接相邻设置，从而使该激光器的横截面最小化。
本发明的另一个优选实施例中，激发装置包括至少一个射频电极，沿着上述管状空间的纵轴延伸，尤其是沿着谐振管的纵轴延伸。
附图说明
本发明将参考附图进一步地描述，其中：
图1所示的是根据本发明的一种激光器设备的立体图；
图2所示的是图1所示的激光器设备的俯视图；
图3所示的是图1和图2所示的激光器设备的一个拐角部分的放大图。
在所有附图中，相同的或相应的组件由相同的附图标记标识。
具体实施方式
图1和图2所示的是本发明的一种激光器设备10。该激光器设备10尤其可以是一种通过激光束标记物体的激光器设备。一个或者复数个这样的激光器设备10可集成在一个打标头中，用于标记物体。
该激光器设备10包括复数个谐振管12，这些谐振管12尤其可以是氧化铝管。这些谐振管12形成了共同的管状空间的一部分，可被称为该激光器设备10的谐振器。谐振管12被激发装置50至少部分闭合，激发装置50以射频电极51的形态用于激发储藏于谐振管12中的气体。该射频电极51大体上沿着上述用作激发容纳于其中的气体的谐振管12的全长延伸。
在所示的实施例中，该激光器设备10包括四个设置成正方形的谐振管12。然而，谐振器可以不是正方形，还可以是矩形、U形形状或者三角形的形状。谐振器可以不是四条边组成的，还可以是仅仅由两条边或者三条边或者由超过四条边构成。该设计允许了谐振器的几何形状被优化至所需功率以及实际应用中体积限制。
中央自由空间8是在该激光器设备10的内部区域形成的。该空间8被这些谐振管12包围。每一个谐振管12都有一个纵轴，这些谐振管12的纵轴在共同的平面上延伸。
以陶瓷三角形为形态的直角连接元件20、21的四个角中的三个角，被设置为与相邻的谐振管12连接。每一个连接元件20、21都具有一块反射镜22，用于将激光从一个谐振管12反射至相邻的谐振管12中，由此耦合谐振管12之间的激光能量。该连接元件20、21，每一个都有基体24，与上述谐振管12相连.上述反射镜22则连接在基体24上。
谐振管12中的一个谐振管的一个轴向端处，设置有全反射背光镜或者端面镜44，用于反射在谐振管12中的激光。在第二根谐振管12的端部，设置有输出耦合器42，将激光束耦合出。该输出耦合器42是部分反射镜。
图示的实施例中，两个可称之为端部谐振管的谐振管12，通过集成输出法兰40互相连接，也就是说，构造第四个拐角，这样一面有背光镜44，另一面有部分反射输出耦合器42。
该集成输出法兰40包括第一内侧基体70以及第二外侧基体72。在第一基体和第二基体60、62之间形成内腔或内部间隙74，在其中容纳有背光镜44和输出耦合器42。
在集成输出法兰40的拐角区域，输出镜46被提供用于将通过输出耦合器42耦合出的激光束反射至预定方向。设置该输出镜46使得激光束被反射至该激光器设备10的自由中央空间8中。在集成输出法兰40的第一基体70中形成一个输出孔48，通过该输出孔48，被输出镜46偏转的激光束可传输至自由中央空间8中。安装法兰76与第二基体72连接。
沿着一个谐振管12，设置有第二管道，不包含激发装置50，并且形成了该激光器设备10的气藏容器60。为使激光器设备10的寿命延长，该气藏容器向上述谐振管12中供给气镇。与上述谐振管12相比，该气藏管道或者气藏容器60可具有不同的尺寸，尤其可以具有更大的直径。该气镇结构通常可以采用任意形状，或者甚至可以是一个通过管道与该激光器设备相连接的独立容器。
该气藏管道或气藏容器60于第一轴向端62处与第一连接元件20连接，同时于第二轴向端64处与第二连接元件20连接。第一管道连接器66被提供于第一轴向端62，同时第二管道连接器68被提供于第二轴向端64。该第一连接元件20包括了第一连接部30，用于连接该气藏管道的第一管道连接器66，同时该第二连接元件20包括了第二连接部，用于连接第二管道连接器68。
该气藏管道以平行于连接在相同的连接元件20上的谐振管12的方式被设置。
图3所示的是两个谐振管12之间的拐角的详细示意图。这些谐振管12是与连接元件20相连接的，这些连接元件20还可被称为连接法兰或者拐角法兰。这些连接元件20具有三个进口部，其中两个连接有上述谐振管12，一个连接有上述气藏管道或气藏容器60。在上述连接元件20内部形成有内腔26，在上述谐振管12和气藏容器60之间提供流体连接。
上述连接有气藏容器60的进口部以及上述一个谐振管12的进口部以平行的方式被互相相邻设置在上述连接元件20的一侧。上述连接有另一个谐振管12的进口部被设置在上述连接元件20的第二侧。在拐角区域，设置有用于反射上述谐振管12之间的激光的反射镜22。设置反射镜22使得基本上不会有激光进入气藏容器60。
相邻于谐振管12设置有冷却块78，用于冷却谐振管12内含有的气体。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种激光器设备，包括：
-管状空间，由至少三个用于待激发气体的谐振管(12)形成；
-所述至少三个谐振管(12)各自的激发装置(50)，用于激发所述谐振管(12)内的所述气体来产生激光；
-部分反射输出耦合器(42)，用于耦合出激光束；以及
-至少两个连接元件(20)，每一连接元件(20)均与两个相邻的谐振管(12)连接；
-其中，所述谐振管(12)被设置在一个平面，并且被设置成以开环或者闭环的形状包围着这些所述谐振管之间的中央空间(8)。
其特征在于：
-至少一个气藏管(60)与所述管状空间于两个所述连接元件(20)上形成的两个分开的连接部(30,32)连接，所述气藏管(60)没有激发装置且与所述管状空间成流体连通并且形成气藏；以及
-所述气藏管(60)被设置在所述谐振管(12)的平面上、所述谐振管(12)之间的空间(8)内及紧贴其中一个所述谐振管(20)。
2.如权利要求1所述的激光器设备，其特征在于：所述连接元件(20)各自包括至少一块反射镜(22)，用于反射所述谐振管(12)之间的激光。
3.如权利要求1或2所述的激光器设备，其特征在于：所述连接元件(20)各自包括内腔(26)，所述内腔(26)与至少两个相邻的谐振管(12)以及所述至少一个气藏容器(60)成流体连通。
4.如权利要求1至3任一项所述的激光器设备，其特征在于：所述气藏容器(60)与所述至少三个谐振管(12)流体连通。
5.如权利要求1至4任一项所述的激光器设备，其特征在于：所述谐振管(12)被设置成三角形、矩形、正方形或者U形图形。
6.如权利要求1至5任一项所述的激光器设备，其特征在于：所述气藏管具有两个分开的管道连接器(66,68)，用于连接所述管状空间的所述连接部(30,32)。
7.如权利要求1至6任一项所述的激光器设备，其特征在于：所述气藏管平行于至少一个所述谐振管(12)延伸。
8.如权利要求1至7任一项所述的激光器设备，其特征在于：所述激发装置(50)包括至少一个沿着所述管状空间的纵轴延伸的射频电极(51)。

Claims (9)

1.一种激光器设备，包括：
-管状空间，由至少三个用于待激发气体的谐振管(12)形成；
-所述至少三个谐振管(12)各自的激发装置(50)，用于激发所述谐振管(12)内的所述气体来产生激光；
-部分反射输出耦合器(42)，用于耦合出激光束；以及
-至少两个连接元件(20)，每一连接元件(20)与两个相邻的谐振管(12)连接；
-其中，所述谐振管(12)被设置在一个平面，并且被设置成以开环或者闭环的形状包围着这些所述谐振管之间的中央空间(8)。
其特征在于：
-至少一个气藏管(60)与所述至少两个连接元件(20)连接，所述气藏管(60)没有激发装置并且与所述管状空间成流体连通，形成气藏；以及
-所述气藏管(60)被设置在所述谐振管(12)的平面上、所述谐振管(12)之间的空间(8)内及紧贴其中一个所述谐振管(20)，以及与所述管状空间于形成在所述至少两个连接元件(20)上的两个分开的连接部(30,32)处连接。
2.如权利要求1所述的激光器设备，其特征在于：所述管状空间和所述气藏容器(60)形成闭合的气体系统。
3.如权利要求1或2所述的激光器设备，其特征在于：所述连接元件(20)各自包括至少一块反射镜(22)，用于反射所述谐振管(12)之间的激光。
4.如权利要求1至3任一项所述的激光器设备，其特征在于：所述连接元件(20)各自包括内腔(26)，所述内腔(26)与至少两个相邻的谐振管(12)以及所述至少一个气藏容器(60)流体连通。
5.如权利要求1至4任一项所述的激光器设备，其特征在于：所述气藏容器(60)与所述至少两个谐振管(12)流体连通。
6.如权利要求1至5任一项所述的激光器设备，其特征在于：所述谐振管(12)被设置成三角形、矩形、正方形、U形或者V形图形。
7.如权利要求1至6任一项所述的激光器设备，其特征在于：所述气藏管具有两个分开的管道连接器(66,68)，用于连接所述管状空间的所述连接部(30,32)。
8.如权利要求1至7任一项所述的激光器设备，其特征在于：所述气藏管以平行于至少一个所述谐振管的方式(12)延伸。
9.如权利要求1至8任一项所述的激光器设备，其特征在于：所述激发装置(50)包括至少一个沿着所述管状空间的纵轴延伸的射频电极(51)。
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