CN104124603A - 一种具有新型阳电极结构的二氧化碳激光器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光器领域，特别涉及一种具有新型阳电极结构的二氧化碳激光器，包括由外向内依次套设的储气管、水冷管和放电管，所述放电管上布置有阳电极和阴电极，所述放电管上还设置有阳极室，所述阳电极设置在所述阳极室内，所述阳电极上距离所述阴电极较近的一端为放电端，所述阳电极的放电端与所述阳极室的内壁隔开设置，所述阳电极的放电端还与所述水冷管的端部隔开设置。本发明的激光器，减弱了阳极室和水冷管发生不规则变形的变形量，从而减弱了对储气管的拉扯，进而降低了对输出镜片和反射镜片对齐精度的影响，保证了激光器的输出精度。

Description

一种具有新型阳电极结构的二氧化碳激光器

技术领域

本发明涉及激光器领域，特别涉及具有新型阳电极结构的二氧化碳激光器。

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，其在10微米附近有几十条谱线的激光输出，所以在工业、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。

在激光器工作时，阳电极不断的放电使得阳电极处具有较高的温度，而目前的激光器中，其阳电极处的结构如图1所示，在放电管的一个端部设置有阳极室，阳极室一端与放电管和水冷管连接，另一端与储气管连接，阳电极设置在阳极室内，阳电极的外壁与阳极室的内壁紧密的贴合，实现对阳电极的固定，通过长期不断的实践研发，发明人发现，这种教科书式结构的激光器具有着严重的不足，具体如下：

首先，从电极放电的物理特性看，在强电场环境下，阳电极的放电部位通常是在其尖锐的尖端处，而阳电极的尖端处就是其端部，所以在激光器工作时，阳电极的放电通常是在其端部，而由于阳电极的外壁与阳极室内壁紧密贴合，其端部的外壁也与阳极室的内壁紧密贴合，在阳电极放电时，在其放电的部位会产生较高的温度，所以使得阳极室上与阳电极的放电端部接触的局部部位具有较高的温度，使阳极室发生不规则的变形，严重时，还可能导致阳极室局部温度过高而炸裂，而阳极室在发生变形时又会拉扯储气管，由于储气管两端设置有输出镜片和反射镜片，所以在储气管被拉扯时，输出镜片和反射镜片的对齐精度下降，进而降低激光器的输出精度；

另一方面，为了固定阳电极，避免阳电极在阳极室内滑动，在装配时，阳电极靠近放电管的端部通常是抵在水冷管的端部，由于水冷管的阻挡，使得电极端部放电的部位并不均匀稳定，即，在被水冷管端部紧密贴合的部位并不放电，而在与水冷管端部之间具有间隙的部位却一直或者间歇性的放电，阳电极内壁也偶尔发生放电现象，由于这种不规律放电现象的存在，使得激光器所产生的激光束质量并不稳定，所以也直接导致了激光器产品质量的下降。

所以，目前亟需一种既具有较高的输出精度，又具有良好的输出稳定性的二氧化碳激光器。

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，提供了一种既具有较高的输出精度，又具有良好的输出稳定性的二氧化碳激光器。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种具有新型阳电极结构的二氧化碳激光器，包括由外向内依次套设的储气管、水冷管和放电管，所述放电管上布置有阳电极和阴电极，所述放电管上还设置有阳极室，所述阳极室为中空的筒状，所述阳极室一端与所述水冷管连接，另一端与储气管连接，所述阳电极设置在所述阳极室内，所述阳电极上距离所述阴电极较近的一端为放电端，所述阳电极的放电端与所述阳极室的内壁隔开设置，所述阳电极的放电端还与所述水冷管的端部隔开设置，所述放电端在所述阳极室内呈悬浮状态。将放电端与阳极室的内壁以及水冷管的端部隔开设置，当放电端放电时，放电端不会急剧的加热阳极室和水冷管上的局部位置，避免了在阳极室和水冷管的局部位置产生高温，减弱了阳极室和水冷管发生不规则变形的变形量，从而减弱了对储气管的拉扯，进而降低了对输出镜片和反射镜片对齐精度的影响，保证了激光器的输出精度；并且，由于阳电极的放电端与水冷管的端部隔开，所以放电端没有被阻挡，使得放电端上的放电均匀，也保证了阳电极放电的稳定性，进而提高了激光器输出质量的稳定性。

作为优选，所述阳电极为空心的筒体，所述阳电极包括有配合段和过渡段，所述配合段与所述阳极室相配合，所述过渡段的其中一端部与所述配合段平滑过渡连接，所述过渡段的另一端部朝内部逐渐收拢形成所述阳电极的放电端。通过设置过渡段，过渡段与配合段平滑过渡，避免在阳电极上出现除了端部以外的其他尖角，使得阳电极的放电都在放电端，保证激光器输出激光的质量。

作为优选，所述阳电极上沿长度方向设置有通槽，所述通槽贯通所述配合段和过渡段。在阳电极上设置通槽，使得阳电极具有一定的弹性，在装配时，先对阳电极施力，使其发生弹性变形而直径小于阳极室的内径，将阳电极插入阳极室后，松开，使阳电极压在阳极室内壁。

作为优选，所述配合段外壁的周长等于所述阳极室内壁的周长，当配合段发生变形而使配合段上的通槽并拢时，所述过渡段以及放电端的处的凹槽也被并拢。使得当阳电极被安装在阳极室内后，阳电极上的凹槽被并拢，进而使得阳电极的放电端在圆周方向上是均匀而没有缺口的，提高了放电的稳定性，提高了激光器的稳定性。

作为另一优选，所述配合段的外壁的周长小于所述阳极室内壁的周长。配合段的外壁的周长小于阳极室内壁的周长，方便阳电极的安装。

作为优选，所述阳极室内壁上设置有阻挡所述阳电极的凸起，所述凸起与所述阳电极的过渡段接触时，放电端不与水冷管接触。通过设置凸起，保证放电端与水冷管的端部隔开。

作为优选，所述凸起为环状凸起，所述凸起的高度小于所述放电端距离所述阳极室内壁的距离。使凸起与阳电极的接触的位置位于过渡段上，而没有覆盖住放电端，使得放电端上的各个位置能够参与放电，进一步的保证了放电端上放电的均匀性，提高激光器的稳定性。

作为另一优选，所述凸起为柱状凸起。将凸起设置为柱状凸起，减小凸起与阳电极接触的面积，使得凸起在起到阻挡阳电极的同时，又不过多覆盖阳电极4而影响阳电极本身的放电。

作为优选，所述柱状凸起的高度小于所述放电端距离所述阳极室内壁的距离。避免柱状凸起阻挡放电端而影响放电端的放电，保证阳电极放电的稳定性，进而保证激光器输出激光束质量的稳定性。

作为优选，所述放电端设置有倒角，使放电端在圆周上形成尖角。根据尖端放电的物理特性，在放电端设置尖角，进一步的保证阳电极的放电都在放电端，而避免在其他部位放电，进而保证了激光器输出激光束质量的稳定性。

作为优选，所述阴电极与所述阳电极的结构相同。将阴电极的结构设置为与阳电极相同，使得阴电极同样具有上述阳电极所具有的有益效果，进一步的提高了激光器的输出精度和输出质量。

本发明的二氧化碳激光器，由于阳电极的放电端与阳极室的内壁以及水冷管的端部隔开设置，在阳电极的放电端放电时，即使放电端具有较高的温度，其温度也是先传到到阳电极的配合段部分，再传递到阳极室上，所以避免了在阳极室和水冷管的局部位置上产生高温，减弱了阳极室和水冷管发生不规则的变形而拉扯储气管，所以保证了储气管上输出镜片和反射镜片的对齐精度，进而保证了激光器的输出精度；同时，由于阳电极的放电端未被遮挡，使得放电端上的放电均匀，也保证了阳电极放电的稳定性，进而提高了激光器输出质量的稳定性。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、将放电端与阳极室的内壁以及水冷管的端部隔开设置，当放电端放电时，放电端不会急剧的加热阳极室和水冷管上的局部位置，避免了在阳极室和水冷管的局部位置产生高温，减弱了阳极室和水冷管发生不规则变形的变形量，从而减弱了对储气管的拉扯，进而降低了对输出镜片和反射镜片对齐精度的影响，保证了激光器的输出精度；

2、由于阳电极的放电端未被遮挡，使得放电端上的放电均匀，也保证了阳电极放电的稳定性，进而提高了激光器输出质量的稳定性。

附图说明

图1为传统二氧化碳激光器中阳极室与阳电极配合的结构示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明中阳极室与阳电极配合的结构示意图；

图4为阳电极的结构示意图；

图5为图4中A处的局部放大图，

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-放电端，7-过渡段，8-配合段，9-输出镜片，10-反射镜片，11-通槽，12-凸起，13-尖角，14-阳极室，15-阴极室。

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。

如图所示的一种具有新型阳电极结构的二氧化碳激光器，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上布置有阳电极4和阴电极5，所述放电管3上还设置有阳极室14，所述阳极室14为中空的筒状，所述阳极室14一端与所述水冷管2连接，另一端与储气管1连接，所述阳电极4设置在所述阳极室14内，所述阳电极4上距离所述阴电极5较近的一端为放电端6，所述阳电极4的放电端6与所述阳极室14的内壁隔开设置，所述阳电极4的放电端6还与所述水冷管2的端部隔开设置，所述放电端6在所述阳极室14内呈悬浮状态。将放电端6与阳极室14的内壁以及水冷管2的端部隔开设置，当放电端6放电时，放电端6不会急剧的加热阳极室14和水冷管2上的局部位置，避免了在阳极室14和水冷管2的局部位置产生高温，减弱了阳极室14和水冷管2发生不规则变形的变形量，从而减弱了对储气管1的拉扯，进而降低了对输出镜片9和反射镜片10对齐精度的影响，保证了激光器的输出精度。

作为优选，所述阳电极4为空心的筒体，所述阳电极4包括有配合段8和过渡段7，所述配合段8与所述阳极室14相配合，所述过渡段7的其中一端部与所述配合段8平滑过渡连接，所述过渡段7的另一端部朝内部逐渐收拢形成所述阳电极4的放电端6。通过设置过渡段7，过渡段7与配合段8平滑过渡，避免在阳电极4上出现除了端部以外的其他尖角，使得阳电极4的放电都在放电端6，保证激光器输出激光的质量。

作为优选，所述阳电极4上沿长度方向设置有通槽11，所述通槽11贯通所述配合段8和过渡段7。在阳电极4上设置通槽11，使得阳电极4具有一定的弹性，在装配时，先对阳电极4施力，使其发生弹性变形而直径小于阳极室14的内径，将阳电极4插入阳极室14后，松开，使阳电极4压在阳极室14内壁。

作为优选，所述配合段8外壁的周长等于所述阳极室14内壁的周长，当配合段8发生变形而使配合段8上的通槽11并拢时，所述过渡段7以及放电端6的处的凹槽11也被并拢。使得当阳电极4被安装在阳极室14内后，阳电极4上的凹槽11被并拢，进而使得阳电极4的放电端6在圆周方向上是均匀而没有缺口的，提高了放电的稳定性，提高了激光器的稳定性。

作为另一优选，所述配合段8的外壁的周长小于所述阳极室14内壁的周长。配合段8的外壁的周长小于阳极室14内壁的周长，方便阳电极4的安装。

作为优选，所述阳极室14内壁上设置有阻挡所述阳电极4的凸起12，所述凸起2与所述阳电极4的过渡段7接触时，放电端6不与水冷管接触。通过设置凸起12，保证放电端6与水冷管2的端部隔开。

作为优选，所述凸起12为环状凸起12，所述凸起12的高度小于所述放电端6距离所述阳极室14内壁的距离。使凸起12与阳电极4的接触的位置位于过渡段7上，而没有覆盖住放电端6，使得放电端6上的各个位置能够参与放电，进一步的保证了放电端6上放电的均匀性，提高激光器的稳定性。

作为另一优选，所述凸起12为柱状凸起12。将凸起12设置为柱状凸起12，减小凸起12与阳电极4接触的面积，使得凸起12在起到阻挡阳电极4的同时，又不过多覆盖阳电极4而影响阳电极4本身的放电。

作为优选，所述柱状凸起12的高度小于所述放电端6距离所述阳极室14内壁的距离。避免柱状凸起12阻挡放电端6而影响放电端6的放电，保证阳电极4放电的稳定性，进而保证激光器输出激光束质量的稳定性。

作为优选，所述放电端6设置有倒角，使放电端6在圆周上形成尖角13。根据尖端放电的物理特性，在放电端6设置尖角13，进一步的保证阳电极4的放电都在放电端6，而避免在其他部位放电，进而保证了激光器输出激光束质量的稳定性。

作为优选，所述阴电极5与所述阳电极4的结构相同。将阴电极5的结构设置为与阳电极4相同，使得阴电极5同样具有上述阳电极4所具有的有益效果，进一步的提高了激光器的输出精度和输出质量。

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)

1.一种具有新型阳电极结构的二氧化碳激光器，包括由外向内依次套设的储气管、水冷管和放电管，所述放电管上布置有阳电极和阴电极，所述放电管上还设置有阳极室，所述阳电极设置在所述阳极室内，所述阳电极上距离所述阴电极较近的一端为放电端，其特征在于，所述阳电极的放电端与所述阳极室的内壁隔开设置，所述阳电极的放电端还与所述水冷管的端部隔开设置，所述放电端在所述阳极室内呈悬浮状态。

2.根据权利要求1所述的二氧化碳激光器，其特征在于，所述阳电极为空心的筒体，所述阳电极包括有配合段和过渡段，所述配合段与所述阳极室相配合，所述过渡段的其中一端部与所述配合段平滑过渡连接，所述过渡段的另一端部朝内部逐渐收拢形成所述阳电极的放电端。

3.根据权利要求2所述的二氧化碳激光器，其特征在于，所述阳电极上沿长度方向设置有通槽，所述通槽贯通所述配合段和过渡段。

4.根据权利要求3所述的二氧化碳激光器，其特征在于，所述配合段外壁的周长等于所述阳极室内壁的周长，当配合段发生变形而使配合段上的通槽并拢时，所述过渡段以及放电端的处的凹槽也被并拢。

5.根据权利要求3所述的二氧化碳激光器，其特征在于，所述配合段的外壁的周长小于所述阳极室内壁的周长。

6.根据权利要求5所述的二氧化碳激光器，其特征在于，所述阳极室内壁上设置有阻挡所述阳电极的凸起，所述凸起与所述阳电极的过渡段接触时，放电端不与水冷管接触。

7.根据权利要求6所述的二氧化碳激光器，其特征在于，所述凸起为环状凸起，所述凸起的高度小于所述放电端距离所述阳极室内壁的距离。

8.根据权利要求6所述的二氧化碳激光器，其特征在于，所述凸起为柱状凸起，所述柱状凸起的高度小于所述放电端距离所述阳极室内壁的距离。

9.根据权利要求1至8任意一项所述的二氧化碳激光器，其特征在于，所述放电端设置有倒角，使放电端在圆周上形成尖角。