CN103887685A - 用于轴快流气体激光器的放电管 - Google Patents
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Abstract
本发明提供用于轴快流气体激光器的放电管，包括依次气路连通的进气管部分、鼓包结构、二次混合结构、直管部分及气体出口，所述进气管部分设有阳极，所述气体出口设有阴极，所述二次混合结构的径向尺寸大于所述直管部分的径向尺寸。本发明提供的用于轴快流气体激光器的放电管，在十字鼓包型放电管的基础之上去掉垂管安装预电离电极的一侧，以减小气体在鼓包结构内阻力，在所述鼓包结构的出口处增设二次混合结构，且所述二次混合结构的径向尺寸大于所述直管部分的径向尺寸，使得在鼓包结构内未能完全混合的工作气体在所述二次混合结构中得到进一步混合，从而提高了气体速度分布及湍流分布的均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及激光器件的结构设计领域，尤其涉及一种用于轴快流气体激光器的放电管的结构设计。
背景技术
放电管是构成轴快流激光器谐振腔的核心部件之一，其进口和出口分别设置有阳极及阴极。激光器工作时，放电管的两极之间通有直流高压电，工作气体在气体循环泵的带动下快速通过放电管，气体在放电管内形成辉光放电，放电功率一部分转换为激光功率输出，更大的一部分转换为使气体升温的热能。放电时气体在放电管内的速度分布、湍流分布及气体流量极大的影响着放电均匀性及稳定性，进而影响激光器的整体性能。放电管的具体结构直接影响气体流量、速度分布及湍流分布状况。
目前应用的放电管大体上存在如附图1至3所示的三种类型。
图1中所示为直管型放电管，其包括直管11，在所述直管11的管壁上开设有开口12，并于所述开口12处设有阳极，于所述直管11的管端为气体出口13，并于所述气体出口13处设有阴极。工作时，所述阳极与阴极外接直流高压电，所述开口12外接的管件通常为内径比所述直管11内径更大，如此，当工作气体由所述开口12进入所述直管11后将形成湍流效应，工作气体在气体循环泵的带动下由所述开口12进入所述直管11内部后，将形成光辉放电从而产生激光。此类直管式放电管的特点在于放电稳定，但其气体流量较小，激光功率不高。
图2中所示为十字型放电管，此类放电管是针对直管型放电管功率不高进行的一种改进设计，其包括相互气路连通的直管21及垂直所述直管21的垂管，其外观呈“十字型”，所述垂管的一侧为进气口22，并于所述进气口22设有阳极，所述垂管的另一侧设有预电离电极23，所述直管21的管端为气体出口24。此种放电管的气体流量较大，但因所述直管21与垂管（特别是垂管进气口22一侧）的交叉处管道狭窄，工作气体在由进气口22进入后得不到充分均匀扩散就已经到达所述气体出口24。可见此类十字型放电管存在工作气体气流速度及湍流分布不均匀的不足，不利于产生稳定放电。
图3为十字鼓包型放电管，此类放电管是针对十字型放电管放电不稳定进行的一种改进设计，其包括相互气路连通的直管31及垂直所述直管31的垂管，其外观呈“十字型”，所述垂管的一侧为进气口32，并于所述进气口32设有阳极，所述垂管的另一侧设有预电离电极33，所述直管31的管端为气体出口34，所述直管31与所述垂管的交叉处35呈鼓包状，即其在十字型放电管的基础上增设一鼓包结构。如此，当放电管工作时，工作气体由所述进气口32进入放电管后，可在鼓包状的交叉处35扩张，有处于提高工作气体在所述直管31的湍流均匀程度，但所述直管31与垂管相互交叉，工作气体由所述垂管的进气口32进入后，部分流至所述垂管的另外一端，造成部分气流的回旋，从而造成管路气体阻力的增大，导致气体流量较小。另外，在工作气体进入所述直管31的初始阶段仍然存在速度分布与湍流强度分布不均匀的缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，旨在提供带二次混合结构的轴快流气体激光器的放电管结构，该放电管能够降低管路气体阻力，使放电管内形成均匀的速度分布及均匀的湍流，使得气体增益介质分布均匀，利于放电。
本发明是这样实现的，用于轴快流气体激光器的放电管，包括依次气路连通的进气管部分、鼓包结构、二次混合结构、直管部分及气体出口，所述进气管部分设有阳极，所述气体出口设有阴极，所述二次混合结构的径向尺寸大于所述直管部分的径向尺寸。
具体地，所述鼓包结构中沿气路流通的纵向尺寸大于横向尺寸。
具体地，所述二次混合结构设有预电离电极。
具体地，所述进气管部分与所述鼓包结构之间的第一连接部断面呈圆弧状。
具体地，所述鼓包结构与所述二次混合结构之间的第二连接部呈缩口状。
具体地，所述第二连接部断面呈圆弧状。
具体地，所述第二连接部靠所述鼓包结构的一侧断面呈斜坡状。
具体地，所述二次混合结构与所述直管部分之间的第三连接部断面呈圆弧状。
具体地，所述鼓包结构、二次混合结构、直管部分及气体出口中心线在同一直线上；所述进气管中心线与所述鼓包结构、二次混合结构、直管部分及气体出口中心线垂直。
与现有技术相比，本发明提供的用于轴快流气体激光器的放电管，在十字鼓包型放电管的基础之上去掉垂管安装预电离电极的一侧，以减小气体在鼓包结构内阻力，同时在所述鼓包结构的出口处增设二次混合结构，且所述二次混合结构的径向尺寸大于所述直管部分的径向尺寸，这样使得在鼓包结构内未能完全混合的工作气体在所述二次混合结构中得到进一步混合，从而提高了气体速度分布及湍流分布的均匀性。
附图说明
图1是现有技术之直管型放电管的结构示意图；
图2是现有技术之十字型放电管的结构示意图；
图3是现有技术之十字鼓包型放电管的结构示意图；
图4是本发明一优选实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参照图4，用于轴快流气体激光器的放电管，包括依次气路连通的进气管部分41、鼓包结构42、二次混合结构43、直管部分44及气体出口45，所述进气管部分41设有阳极，所述气体出口45设有阴极，所述二次混合结构43的径向尺寸大于所述直管部分44的径向尺寸。其中所述鼓包结构42、二次混合结构43及直管部分44为辉光放电区域，亦即激光增益放大区域。与现有技术相比，本发明提供的用于轴快流气体激光器的放电管，在十字鼓包型放电管的基础之上去掉垂管安装预电离电极的一侧，以减小气体在所述鼓包结构42内阻力，在所述鼓包结构42的出口处增设二次混合结构43，且所述二次混合结构43的径向尺寸大于所述直管部分44的径向尺寸，使得在鼓包结构42内未能完全混合的工作气体在所述二次混合结构43中得到进一步混合，从而提高了气体速度分布及湍流分布的均匀性。
请参照图4，在本实施例中，所述鼓包结构42中沿气路流通的纵向尺寸大于横向尺寸。其中，所述纵向尺寸指与所述进气管部分41的轴向同向的方向，所述横向尺寸指与所述进气管分部41的轴向垂直的方向。工作气体由所述进气管部分41进入所述鼓包结构42时，由于所述进气管分部41的导向作用，工作气体的气流速度在所述进气管分部41轴向的方向上具有较大的分速度，将所述鼓包结构42的纵向尺寸设置成大于横尺寸，有利于提高工作气体在所述鼓包结构42内的扩张，同时还可减少因气流回旋产生的阻力。
请参照图4，在本实施例中，所述二次混合结构43设有预电离电极46。在现有技术中，上述预电离电极46是设置在鼓包结构内与所述进气管部分41相对的位置上，此种设计方式势必导致工作气体进入鼓包结构后部分的回旋，造成管路气体阻力的增大，将导致工作气体在直管部分气流速度及湍流分布不均匀的不足，造成不稳定放电。本发明的放电管在增加了所述二次混合结构43的基本上，将所述预电离电极46设置于所述二次混合结构43内，如此，由于工作气体已经在所述二次混合结构43内经过第一次的扩张混合，且气流的方向是由所述鼓包结构42流至所述二次混合结构43，气流流动的速度方向基本上没有改变，因而在所述二次混合结构43设置所述预电离电极46可大幅度的降低阻力，从而增加气体流量。
在本实施例中，为进一步减少工作气体由所述进气管部分41进入所述鼓包结构42的气流阻力，所述进气管部分41与所述鼓包结构42之间的第一连接部1断面呈圆弧状。
在本实施例中，所述鼓包结构42与所述二次混合结构43之间的第二连接部2呈缩口状。具体地，所述第二连接部2呈圆弧状，其圆心位于放电管管体的外侧，即由放电管外部观看时，所述第二连接部2呈向放电管管体内部下凹的凹环结构。更具体地，所述第二连接部2靠所述鼓包结构42的一侧断面呈斜坡状，构成斜坡状的结构可是半径较大的圆弧段或直线段。如此，可使工作气体由所述鼓包结构42进入所述二次混合结构43时具有一定的喷射效果，其有利于工作气体在所述二次混合结构43内获得效果更佳的均匀的湍流强度分布。
在本实施例中，为进一步减少工作气体由所述二次混合结构43进入所述直管部分44的气流阻力，所述二次混合结构43与所述直管部分44之间的第三连接部断面呈圆弧状。
在本实施例中，放电管各部分的基本分布方式采用与现有技术类似的分布方式，所述鼓包结构42、二次混合结构43、直管部分44及气体出口45中心线在同一直线上；所述进气管部分41中心线与所述鼓包结构42、二次混合结构43、直管部分44及气体出口45中心线垂直。当然，其他基于本发明构思下的技术替换，如改变所述进气管部分41与其余各部分的垂直关系为其他的连接角度，应视为同等技术替换，而落入本发明的保护范围之内。
与现有技术相比，本发明提供的用于轴快流气体激光器的放电管，在十字鼓包型放电管的基础之上去掉垂管安装预电离电极的一侧，以减小气体在鼓包结构内阻力，在所述鼓包结构的出口处增设二次混合结构，且所述二次混合结构的径向尺寸大于所述直管部分的径向尺寸，使得在鼓包结构内未能完全混合的工作气体在所述二次混合结构中进一步混合，从而提高了气体速度分布及湍流分布的均匀性。
以上所述仅为本发明较佳的实施例而已，其结构并不限于上述列举的形状，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.用于轴快流气体激光器的放电管，其特征在于：包括依次气路连通的进气管部分、鼓包结构、二次混合结构、直管部分及气体出口，所述进气管部分设有阳极，所述气体出口设有阴极，所述二次混合结构的径向尺寸大于所述直管部分的径向尺寸。
2.根据权利要求1所述的用于轴快流气体激光器的放电管，其特征在于：所述鼓包结构中沿气路流通的纵向尺寸大于横向尺寸。
3.根据权利要求2所述的用于轴快流气体激光器的放电管，其特征在于：所述二次混合结构设有预电离电极。
4.根据权利要求2所述的用于轴快流气体激光器的放电管，其特征在于：所述进气管部分与所述鼓包结构之间的第一连接部断面呈圆弧状。
5.根据权利要求2所述的用于轴快流气体激光器的放电管，其特征在于：所述鼓包结构与所述二次混合结构之间的第二连接部呈缩口状。
6.根据权利要求4所述的用于轴快流气体激光器的放电管，其特征在于：所述第二连接部断面呈圆弧状。
7.根据权利要求4所述的用于轴快流气体激光器的放电管，其特征在于：所述第二连接部靠所述鼓包结构的一侧断面呈斜坡状。
8.根据权利要求1或2所述的用于轴快流气体激光器的放电管，其特征在于：所述二次混合结构与所述直管部分之间的第三连接部断面呈圆弧状。
9.根据权利要求1至7任一项所述的用于轴快流气体激光器的放电管，其特征在于：所述鼓包结构、二次混合结构、直管部分及气体出口中心线在同一直线上；所述进气管中心线与所述鼓包结构、二次混合结构、直管部分及气体出口中心线垂直。
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