CN103928825B - 一种高强度二氧化碳激光器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光器领域，特别涉及一种高强度二氧化碳激光器，包括由外向内依次套设的储气管、水冷管和放电管，所述放电管两端分别设置有阳电极和阴电极，所述储气管上设置有与所述水冷管接通的进水管和出水管，所述进水管和出水管的其中一个与所述水冷管接通的位置距离所述水冷管端部的距离为所述水冷管长度的1/5～1/2。相较于进水管和出水管分别设置在水冷管两端的激光器，本发明的激光器，减小了进水管与出水管之间水冷管的绕度，提高了二氧化碳激光器的结构稳定性和使用精度，使得水冷管不易因为弯曲程度过大而损坏，即提高了水冷管的抗冲击能力，也就提高了二氧化碳激光器的抗冲击能力。

Description

一种高强度二氧化碳激光器

技术领域

本发明涉及激光器领域，特别涉及一种高强度二氧化碳激光器。

背景技术

由于二氧化碳激光器有比较大的功率和比较高的能量转换效率，谱线也比较丰富，在10微米附近有几十条谱线的激光输出，在工业、军事、医疗、科研等方面都得到了广泛的应用。

目前的二氧化碳激光器，通常包括有放电管、套设在放电管外部的水冷管，套设在水冷管外部的储气管、分别设置在放电管两端的阴电极和阳电极、以及设置在储气管两端的输出窗和反射窗，反射窗包括有反射镜片和反射镜片冷却装置，输出窗包括有输出镜片和输出镜片冷却装置，在放电管内充以二氧化碳气体和其它辅助气体；当在电极上加高电压时，放电管中产生辉光放电，经反射镜片和输出镜片反射后形成激光束，从输出镜片中射出得到最终的激光束。

为了使放电管得到良好的冷却，所以在放电管外套设水冷管，水冷管上分别设置一个进水管和出水管，进水管的一端穿过储气管与水冷管内部接通，另一端置于储气管的外部与冷却水水源接通，出水管的一端也穿过储气管与水冷管内部接通，另一端也置于储气管的外部也与水源接通，这样在水源与冷却管之间形成循环水，在激光器工作时，将冷却水从进水管泵入水冷管内，冷却水经水冷管后从出水管回流到外部水源，进而实现对水冷管的冷却，为了使在水冷管中的冷却水完全流动起来，到达良好的冷却效果，所述进水管和出水管分别布置在水冷管的两端端部，使得冷却水从水冷管一端进入，然后从另一端流出，整个水冷管内的冷却水都能够和外部水源交换，进而达到良好的冷却效果。

在水冷管和放电管结构中，靠近阳电极的水冷管端部与储气管固定连接并与出水管接通，而靠近阴电极的水冷管端部呈悬空状并与进水管接通，所以进水管和出水管不仅起着进出水的作用，同时也还起着支撑固定冷却水管和放电管的作用，所以目前的水冷管和放电管通过其两端分别与进水管和出水管连接被固定在储气管内；由于二氧化碳激光器为细长结构，其水冷管也为细长结构，这样两端支撑的水冷管具有较长的跨度，并且，在存储入库、搬移运输以及使用时，二氧化碳激光器通常都是呈水平状态放置，所以在进水管和出水管之间的水冷管由于受其自身重力作用的影响而弯曲，产生较大的绕度，这种大扰度的存在，不仅降低了二氧化碳激光器的结构稳定性和使用精度，特别是在搬移运输时，当包装箱受到冲击时，冲击传递到二氧化碳激光器上时，使进水管和出水管之间的水冷管进一步的发生弯曲，绕度进一步增大，当弯曲程度过大时，水冷管发生破坏断裂，致使二氧化碳激光器损坏。

所以，目前亟需一种既能够使水冷管良好的冷却放电管，又能提高水冷管抗冲击能力的二氧化碳激光器。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有二氧化碳激光器存在的上述不足，提供了一种能提高水冷管抗冲击能力的二氧化碳激光器。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种高强度二氧化碳激光器，包括由外向内依次套设的储气管、水冷管和放电管，所述放电管两端分别设置有阳电极和阴电极，所述储气管上设置有与所述水冷管接通的进水管和出水管，所述进水管和出水管的其中一个与所述水冷管接通的位置距离所述水冷管端部的距离为所述水冷管长度的1/5～1/2。相较于进水管和出水管分别设置在水冷管两端的激光器，本发明的激光器，将进水管和出水管中的一个设置在距离水冷管端部一定距离的位置，首先是缩短了进水管与出水管之间的水冷管的长度，使得水冷管由于其自身重力作用所产生的弯曲量得到减小，即减小了进水管与出水管之间水冷管的绕度，进而提高了二氧化碳激光器的结构稳定性和使用精度，特别是在搬移运输时，当激光器受到冲击时，由于进水管与出水管之间的水冷管的跨度减小，所以产生的弯曲量也得到减小，使得水冷管不易因为弯曲程度过大而损坏，即提高了水冷管的抗冲击能力，也就提高了二氧化碳激光器的抗冲击能力；

另一方面，由于进水管和出水管中的一个设置在距离水冷管端部一定距离的位置，使得水冷管其中一个端部呈悬空状态而具有一个悬空段，当激光器受到冲击时，进水管与出水管之间的水冷管发生弯曲的同时，悬空段的水冷管也发生同方向的弯曲，此时，进水管和出水管起支撑作用，由于杠杆原理，悬空段的水冷管发生弯曲时将对进水管与出水管之间的水冷管施以反方向的作用力，从而减小了进水管与出水管之间的水冷管的弯曲程度，进而进一步的提高了水冷管的抗冲击能力；同样，由于进水管与出水管之间的水冷管弯曲时，也会对悬空段的水冷管施以反方向的作用力，所以，也减小了悬空段的水冷管的弯曲程度，进而又进一步的提高了水冷管的抗冲击能力，所以使激光器具有较高的强度，具有良好的抗冲击能力，在搬移运输时不易损坏。

作为优选，所述进水管和出水管的其中一个与所述水冷管接通的位置距离所述水冷管其中一个端部的距离为所述水冷管长度的1/5～1/3，所述进水管和出水管的另一个与所述水冷管接通的位置距离所述水冷管的另一个端部为所述水冷管长度的1/5～1/3。将水冷管的两个端部都设置为悬空状态，使得水冷管具有两个悬空段，进一步的缩短了进水管和出水管之间的距离，降低进水管与出水管之间的水冷管的绕度；同时，当激光器受到冲击时，两个悬空段的水冷管的弯曲程度与进水管和出水管之间的水冷管的弯曲程度相互削弱，增加悬空段的水冷管对进水管和出水管之间水冷管弯曲程度的削弱量，进一步的提高了水冷管的抗冲击能力，也就进一步的提高了激光器的抗冲击能力。

作为优选，所述进水管与所述水冷管一端之间的距离等于所述出水管与所述水冷管另一端之间的距离。进水管和出水管与各自对应的水冷管端部之间的距离相等，使得激光器的结构稳定，各个构件受力均衡，进一步的提高了激光器的抗冲击能力。

作为优选，所述进水管与所述出水管之间的水冷管的长度为所述水冷管长度的1/2。

作为优选，所述进水管和出水管的其中一个与所述水冷管接通的位置距离所述水冷管其中一个端部的距离为所述水冷管长度的1/4，所述进水管和出水管中的另一个与所述水冷管接通的位置距离所述水冷管的另一个端部为所述水冷管长度的1/4。使得激光器结构稳定的前提下，进水管与出水管之间的水冷管的长度为整根水冷管长度的1/2,在激光器受到冲击时，水冷管的弯曲程度能够最大限度的得到抵消，进而，进一步的提高了激光器的抗冲击能力。

作为优选，所述水冷管包括套设在所述放电管外部的内层水冷管和套设在所述内层水冷管外部的外层水冷管，所述外层水冷管一端与所述放电管封闭连接，另一端将所述内层水冷管的其中一个端部包覆在内并沿所述内层水冷管延伸与所述内层水冷管的外壁封闭连接，被所述外层水冷管包覆在内的所述内层水冷管的端部为第一端部，所述内层水冷管的另一端部为第二端部，所述第一端部敞开设置，所述进水管和所述出水管中靠近所述第一端部的一个与所述外层水冷管接通并与所述内层水冷管隔开。将水冷管设置为外层水冷管和内层水冷管，增加冷却水在水冷管内流动的路径，提高水冷管的冷却效率。

作为优选，所述外层水冷管一端与所述放电管封闭连接，另一端将所述内层水冷管的第一端部包覆在内并沿所述内层水冷管延伸将所述内层水冷管的第二端部包覆在内之后与所述放电管封闭连接，所述内层水冷管的第二端部敞开设置，所述进水管和所述出水管与所述外层水冷管接通并与所述内层水冷管隔开，所述内层水冷管与所述外层水冷管之间间隔设置有若干支撑架，所述支撑架上设置有若干缺口。

作为优选，所述外层水冷管与所述内层水冷管之间的间隙内设置有隔断，所述隔断位于所述进水管与所述出水管之间。

当冷却水从进水管进入外层水冷管，由于隔断的存在，冷却水沿外层水冷管流动后，经过内层水冷管的敞开端部后进入内层水冷管，然后再从内层水冷管的另一个敞开端部进入出水管所在的外层水冷管后，从出水管流出，所以使得整个内层水冷管内的冷却水都能够流动起来与外部水源进行交换，避免内层水冷管中的部分位置的冷却水不流动的情况，从而达到良好的冷却效果。

作为优选，所述隔断包括隔开设置的第一隔断和第二隔断，所述第一隔断和所述第二隔断位于所述进水管和所述出水管之间。由于第一隔断和第二隔断的存在，使得第一隔断与第二隔断之间的外层水冷管内并不会进入冷却水，降低水冷管自身的重量，进而降低水冷管的弯曲程度，提高了激光器工作时的精度。

作为优选，所述外层水冷管包括第一外层水冷管和第二外层水冷管，所述第一外层水冷管将所述内层水冷管的第一端部包覆在内，所述第二外层水冷管一端与所述放电管封闭连接，另一端与所述内层水冷管的外壁封闭连接，所述第二外层水冷管将所述内层水冷管的第二端部包覆在内，所述内层水冷管的第二端部呈悬空状态，所述进水管和所述出水管与所述内层水冷管隔开设置，并分别与所述第一外层水冷管和第二外层水冷管接通。将水冷管设置为内层水冷管和分别套设在内层水冷管两端外部的第一外层水冷管和第二外层水冷管，使得冷却水从进水管进入外层水冷管后，从内层水冷管敞开的端部进入到内层水冷管内，然后在从另一端进入到另一个外层水冷管内，再从出水管排出，使得整个内层水冷管内的冷却水都处于流动状态，能够与外部冷却水源不断交换，进而保证了水冷管的冷却效果。

作为优选，所述储气管与所述水冷管之间设置有第三隔断，所述第三隔断上设置有通孔。通过第三隔断将阴电极和阳电极之间的储气管内的空腔隔断，使阴电极和阳电极之间仅在放电管内放电，避免阴电极和阳电极在储气管内放电，而在第三隔断上设置通孔，使隔断两侧的储气管内的空腔接通，保证储气管内气体能够流通。

作为优选，所述水冷管外壁环绕有螺旋管，所述螺旋管一端与所述通孔连接，另一端呈悬空状态。通过螺旋管连通第三隔断两端的储气管内的空腔，进一步防止阳电极与阴电极在储气管内部放电。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

提高了水冷管的抗冲击能力，使激光器在搬移运输时不易损坏；

具体实施中的其他有益效果是：

水冷管内的冷却水都能够流动起来与外部水源交换，避免水冷管中的部分位置的冷却水不流动的情况，从而达到良好的冷却效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中A处的局部放大图；

图3为支撑架的结构示意图；

图4为本发明的另一结构示意图，

图中标记：1-储气管，2-水冷管，3-放电管，4-阳电极，5-阴电极，6-进水管，7-出水管，8-支撑架，9-隔断，10-第三隔断，11-通孔，12-螺旋管，21-内层水冷管，22-外层水冷管，22a-第一外层水冷管，22b-第二外层水冷管，23-第一端部，24-第二端部，91-第一隔断，92-第二隔断。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-3所示的一种高强度二氧化碳激光器，包括由外向内依次套设的储气管1、水冷管2和放电管3，所述放电管3两端分别设置有阳电极4和阴电极5，所述储气管1上设置有与所述水冷管2接通的进水管6和出水管7，所述进水管6和出水管7的其中一个与所述水冷管2接通的位置距离所述水冷管2端部的距离为所述水冷管2长度的1/5～1/2。相较于进水管6和出水管7分别设置在水冷管2两端的激光器，本发明的激光器，将进水管6和出水管7中的一个设置在距离水冷管2端部一定距离的位置，首先是缩短了进水管6与出水管7之间的水冷管2的长度，使得水冷管2由于其自身重力作用所产生的弯曲量得到减小，即减小了进水管6与出水管7之间水冷管2的绕度，进而提高了二氧化碳激光器的结构稳定性和使用精度，特别是在搬移运输时，当激光器受到冲击时，由于进水管6与出水管7之间的水冷管2的跨度减小，所以产生的弯曲量也得到减小，使得水冷管2不易因为弯曲程度过大而损坏，即提高了水冷管2的抗冲击能力，也就提高了二氧化碳激光器的抗冲击能力；

另一方面，由于进水管6和出水管7中的一个设置在距离水冷管2端部一定距离的位置，使得水冷管2其中一个端部呈悬空状态而具有一个悬空段，当激光器受到冲击时，进水管6与出水管7之间的水冷管2发生弯曲的同时，悬空段的水冷管2也发生同方向的弯曲，此时，进水管6和出水管7起支撑作用，由于杠杆原理，悬空段的水冷管2发生弯曲时将对进水管6与出水管7之间的水冷管2施以反方向的作用力，从而减小了进水管6与出水管7之间的水冷管2的弯曲程度，进而进一步的提高了水冷管2的抗冲击能力；同样，由于进水管6与出水管7之间的水冷管2弯曲时，也会对悬空段的水冷管2施以反方向的作用力，所以，也减小了悬空段的水冷管2的弯曲程度，进而又进一步的提高了水冷管2的抗冲击能力，所以使激光器具有较高的强度，具有良好的抗冲击能力，在搬移运输时不易损坏。

作为优选，所述进水管6和出水管7的其中一个与所述水冷管2接通的位置距离所述水冷管2其中一个端部的距离为所述水冷管2长度的1/5～1/3，所述进水管6和出水管7的另一个与所述水冷管2接通的位置距离所述水冷管2的另一个端部为所述水冷管2长度的1/5～1/3。将水冷管2的两个端部都设置为悬空状态，使得水冷管2具有两个悬空段，进一步的缩短了进水管6和出水管7之间的距离，降低进水管6与出水管7之间的水冷管2的绕度；同时，当激光器受到冲击时，两个悬空段的水冷管2的弯曲程度与进水管6和出水管7之间的水冷管2的弯曲程度相互削弱，增加悬空段的水冷管2对进水管6和出水管7之间水冷管2弯曲程度的削弱量，进一步的提高了水冷管2的抗冲击能力，也就进一步的提高了激光器的抗冲击能力。

作为优选，所述进水管6与所述水冷管2一端之间的距离等于所述出水管7与所述水冷管2另一端之间的距离。进水管6和出水管7与各自对应的水冷管2端部之间的距离相等，使得激光器的结构稳定，各个构件受力均衡，进一步的提高了激光器的抗冲击能力。

作为优选，所述进水管6与所述出水管7之间的水冷管2的长度为所述水冷管2长度的1/2。

作为优选，所述进水管6和出水管7的其中一个与所述水冷管2接通的位置距离所述水冷管2其中一个端部的距离为所述水冷管2长度的1/4，所述进水管6和出水管7中的另一个与所述水冷管2接通的位置距离所述水冷管2的另一个端部为所述水冷管2长度的1/4。使得激光器结构稳定的前提下，进水管6与出水管7之间的水冷管2的长度为整根水冷管2长度的1/2,在激光器受到冲击时，水冷管2的弯曲程度能够最大限度的得到抵消，进而，进一步的提高了激光器的抗冲击能力。

作为优选，所述水冷管2包括套设在所述放电管3外部的内层水冷管21和套设在所述内层水冷管21外部的外层水冷管22，所述外层水冷管22一端与所述放电管3封闭连接，另一端将所述内层水冷管21的其中一个端部包覆在内并沿所述内层水冷管21延伸与所述内层水冷管21的外壁封闭连接，被所述外层水冷管22包覆在内的所述内层水冷管21的端部为第一端部23，所述内层水冷管21的另一端部为第二端部24，所述第一端部23敞开设置，所述进水管6和所述出水管7中靠近所述第一端部23的一个与所述外层水冷管22接通并与所述内层水冷管21隔开。将水冷管2设置为外层水冷管22和内层水冷管21，增加冷却水在水冷管2内流动的路径，提高水冷管2的冷却效率。

作为优选，所述外层水冷管22一端与所述放电管3封闭连接，另一端将所述内层水冷管21的第一端部23包覆在内并沿所述内层水冷管21延伸将所述内层水冷管21的第二端部24包覆在内之后与所述放电管3封闭连接，所述内层水冷管21的第二端部24敞开设置，所述进水管6和所述出水管7与所述外层水冷管22接通并与所述内层水冷管21隔开，所述内层水冷管21与所述外层水冷管22之间间隔设置有若干支撑架8，所述支撑架8上设置有若干缺口。

作为优选，所述外层水冷管22与所述内层水冷管21之间的间隙内设置有隔断9，所述隔断9位于所述进水管6与所述出水管7之间。

当冷却水从进水管6进入外层水冷管22后，由于隔断9的存在，冷却水沿外层水冷管22流动，经过内层水冷管21的敞开端部后进入内层水冷管21，然后再从内层水冷管21的另一个敞开端部进入出水管7所在的外层水冷管22后，从出水管7流出，所以使得整个内层水冷管21内的冷却水都能够流动起来与外部水源进行交换，避免内层水冷管21中的部分位置的冷却水不流动的情况，从而达到良好的冷却效果。

作为优选，所述隔断9包括隔开设置的第一隔断91和第二隔断92，所述第一隔断91和所述第二隔断92位于所述进水管6和所述出水管7之间。由于第一隔断91和第二隔断92的存在，使得第一隔断91与第二隔断92之间的外层水冷管22内并不会进入冷却水，降低水冷管2自身的重量，进而降低水冷管2的弯曲程度，提高了激光器工作时的精度。

如图4所示，作为优选，所述外层水冷管22包括第一外层水冷管22a和第二外层水冷管22b，所述第一外层水冷管22a将所述内层水冷管21的第一端部23包覆在内，所述第二外层水冷管22b一端与所述放电管3封闭连接，另一端与所述内层水冷管21的外壁封闭连接，所述第二外层水冷管22b将所述内层水冷管21的第二端24部包覆在内，所述内层水冷管21的第二端部24呈悬空状态，所述进水管6和所述出水管7与所述内层水冷管21隔开设置，并分别与所述第一外层水冷管22a和第二外层水冷管22b接通。将水冷管2设置为内层水冷管21和分别套设在内层水冷管21两端外部的第一外层水冷管22a和第二外层水冷管22b，使得冷却水从进水管6进入外层水冷管22后，从内层水冷管21敞开的端部进入到内层水冷管21内，然后在从另一端进入到另一个外层水冷管22内，再从出水管7排出，使得整个内层水冷管21内的冷却水都处于流动状态，能够与外部冷却水源不断交换，进而保证了水冷管2的冷却效果。

作为优选，所述储气管1与所述水冷管2之间设置有第三隔断10，所述第三隔断10上设置有通孔11。通过第三隔断10将阴电极5和阳电极4之间的储气管1内的空腔隔断，使阴电极5和阳电极4之间仅在放电管3内放电，避免阴电极5和阳电极4在储气管1内放电，而在第三隔断10上设置通孔11，使第三隔断10两侧的储气管1内的空腔接通，保证储气管1内气体能够流通。

作为优选，所述水冷管2外壁环绕有螺旋管12，所述螺旋管12一端与所述通孔11连接，另一端呈悬空状态。通过螺旋管12连通第三隔断10两端的储气管1内的空腔，进一步防止阳电极4与阴电极5在储气管1内部放电。

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 (10)

1.一种高强度二氧化碳激光器，包括由外向内依次套设的储气管、水冷管和放电管，所述放电管两端分别设置有阳电极和阴电极，所述储气管上设置有与所述水冷管接通的进水管和出水管，所述进水管和出水管起着支撑冷却水管和放电管的作用，其特征在于，所述进水管和出水管的其中一个与所述水冷管接通的位置距离所述水冷管端部的距离为所述水冷管长度的1/5～1/2。

2.根据权利要求1所述的高强度二氧化碳激光器，其特征在于，所述进水管和出水管的其中一个与所述水冷管接通的位置距离所述水冷管其中一个端部的距离为所述水冷管长度的1/5～1/3，所述进水管和出水管的另一个与所述水冷管接通的位置距离所述水冷管的另一个端部为所述水冷管长度的1/5～1/3。

3.根据权利要求2所述的高强度二氧化碳激光器，其特征在于，所述进水管与所述水冷管一端之间的距离等于所述出水管与所述水冷管另一端之间的距离。

4.根据权利要求3所述的高强度二氧化碳激光器，其特征在于，所述进水管和出水管的其中一个与所述水冷管接通的位置距离所述水冷管其中一个端部的距离为所述水冷管长度的1/4，所述进水管和出水管中的另一个与所述水冷管接通的位置距离所述水冷管的另一个端部为所述水冷管长度的1/4。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的高强度二氧化碳激光器，其特征在于，所述水冷管包括套设在所述放电管外部的内层水冷管和套设在所述内层水冷管外部的外层水冷管，所述外层水冷管一端与所述放电管封闭连接，另一端将所述内层水冷管的其中一个端部包覆在内并沿所述内层水冷管延伸与所述内层水冷管的外壁封闭连接，被所述外层水冷管包覆在内的所述内层水冷管的端部为第一端部，所述内层水冷管的另一端部为第二端部，所述第一端部敞开设置，所述内层水冷管的第二端部敞开设置，所述进水管和所述出水管中靠近所述第一端部的一个与所述外层水冷管接通并与所述内层水冷管隔开。

6.根据权利要求5所述的高强度二氧化碳激光器，其特征在于，所述外层水冷管一端与所述放电管封闭连接，另一端将所述内层水冷管的第一端部包覆在内并沿所述内层水冷管延伸将所述内层水冷管的第二端部包覆在内之后与所述放电管封闭连接，所述进水管和所述出水管与所述外层水冷管接通并与所述内层水冷管隔开，所述内层水冷管与所述外层水冷管之间间隔设置有若干支撑架，所述支撑架上设置有若干缺口。

7.根据权利要求6所述的高强度二氧化碳激光器，其特征在于，所述外层水冷管与所述内层水冷管之间的间隙内设置有隔断，所述隔断位于所述进水管与所述出水管之间。

8.根据权利要求7所述的高强度二氧化碳激光器，其特征在于，所述隔断包括隔开设置的第一隔断和第二隔断，所述第一隔断和所述第二隔断位于所述进水管和所述出水管之间。

9.根据权利要求5所述的高强度二氧化碳激光器，其特征在于，所述外层水冷管包括第一外层水冷管和第二外层水冷管，所述第一外层水冷管将所述内层水冷管的第一端部包覆在内，所述第二外层水冷管一端与所述放电管封闭连接，另一端与所述内层水冷管的外壁封闭连接，所述第二外层水冷管将所述内层水冷管的第二端部包覆在内，所述内层水冷管的第二端部呈悬空状态，所述进水管和所述出水管与所述内层水冷管隔开设置，并分别与所述第一外层水冷管和第二外层水冷管接通。

10.根据权利要求6所述的高强度二氧化碳激光器，其特征在于，所述储气管与所述水冷管之间设置有第三隔断，所述第三隔断上设置有通孔，所述水冷管外壁环绕有螺旋管，所述螺旋管一端与所述通孔连接，另一端呈悬空状态。