CN104868348A - 一种新结构的二氧化碳激光管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新结构的二氧化碳激光管，包括两端呈锥形储气管，轴向配合设置在所述储气管内部的放电组件，分别配合安装在所述储气管两端的阳极组件和阴极组件，以及配合安装在所述阴极组件与储气管之间的弹簧。本发明所述新结构的二氧化碳激光管，可以克服现有技术中质量差、使用寿命短、安全性差和稳定性差等缺陷，以实现质量好、使用寿命长、安全性好和稳定性好的优点。

Description

一种新结构的二氧化碳激光管

技术领域

本发明涉及电子器件技术领域，具体地，涉及一种新结构的二氧化碳激光管。

背景技术

当前的封离型二氧化碳激光管的管体，由特硬玻璃料烧制成放电管、水冷管、储气管和回气管而组成，通常为三层套管结构。最里面的是放电管，中间是水冷管，最外一层是储气管，回气管用于连通放电管和储气管。在有回气管一端的管口上设置有全反射镜，在此端放电管处设置有阳极电极；在另一端的管口上设置有输出反射镜，在此端放电管处设置有阴极电极。

此类二氧化碳激光管的全反射镜和输出反射镜，都用胶直接粘接在管口上；粘接前，需对管口进行研磨，使两端管口平行，并与放电管垂直；由于工艺的原因，很难保证其精度的一致性，致使此类二氧化碳激光管的品质很难保证。

另外，因所用环氧树脂胶挥发产生的大分子气体会污染激光器内的工作气体，进而降低激光器的使用寿命。

当前二氧化碳激光管在使用过程中，二氧化碳分子受电子撞击而离解，离解后的一氧化碳分子和氧原子只有少部分能相遇且复合成二氧化碳分子；由于二氧化碳分子离解的速度大于一氧化碳分子和氧原子复合成二氧化碳分子的速度，使得二氧化碳分子的数量不断减少，造成二氧化碳激光管功率下降和使用寿命减少，通常寿命在3000小时以内。

当前二氧化碳激光管的阳极电极和阴极电极由金属片卷成筒状置于放电管两端，阳极电极在放电过程中，靠近阴极边缘的位置能量高度集中，造成电极材料的不稳定；阴极电极在放电过程中，温度不断升高，因其不能与放电管内壁很好的贴合，导致此处玻璃受热不均匀，容易产生玻璃炸裂情况。

激光管工作时产生的热量，使水冷管温度高于储气管，受热膨胀后其轴向尺寸大于储气管轴向尺寸，储气管与水冷管之间的连接管较短，不能吸收变形量，使得水冷管、放电管变形，甚至管体破裂，造成激光管功率模式变差或不能使用。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在质量差、使用寿命短、安全性差和稳定性差等缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种新结构的二氧化碳激光管，包括两端呈锥形储气管，轴向配合设置在所述储气管内部的放电组件，分别配合安装在所述储气管两端的阳极组件和阴极组件，以及配合安装在所述阴极组件与储气管之间的弹簧；所述放电组件，包括轴向设置在所述储气管内部、且自内向外依次配合安装的放电管、水冷管和回气管，在所述放电管内镀有催化剂；所述回气管靠近阴极组件和阳极组件的端部均为水嘴，且伸出所述储气管的管壁；在所述水冷管与所述储气管之间设有环形玻璃管，所述回气管呈环形缠绕在水冷管的外壁；所述阳极组件，包括依次配合安装在所述储气管端部的阳极电极、第一可伐管、全反射镜和高压保护罩，在所述第一可伐管远离所述阳极电极的一侧配合安装有第一管口固定CF法兰，所述第一管口固定法兰通过所述第一可伐管与所述储气管烧结为一体，在所述全反射镜靠近高压保护罩的一侧，配合安装有全反射镜CF法兰；在所述放电管内部，轴向设有不锈钢棒，在所述不锈钢棒的中部设有间距3.7mm的一对贵金属电极。

进一步地，在所述第一管口固定CF法兰与所述全反射镜CF法兰之间，安装有第一铜垫圈；与所述第一管口固定CF法兰相配合，还设有阳极接线螺钉；在所述高压保护罩与全反射镜CF法兰之间，安装有紧定螺钉。

进一步地，所述阴极组件，包括依次配合安装在所述弹簧端部的阴极电极、第二可伐管和输出反射镜。

进一步地，在所述第二可伐管远离阴极电极的一侧，配合安装有第二管口固定CF法兰，所述第二管口固定CF法兰与所述输出反射镜相配合，安装有输出镜座CF法兰。

进一步地，在所述第二管口固定CF法兰与所述输出镜座CF法兰之间安装有第二铜垫圈；与所述第二管口固定CF法兰相配合，还设有阴极接线螺钉(8)；在所述输出反射镜与输出镜座CF法兰之间，安装有紧定螺钉。

进一步地，所述第二管口固定CF法兰通过所述第二可伐管与所述储气管烧结为一体。

本发明所具有的有益效果：

1)可伐管与玻璃烧结技术的应用，减少了因环氧树脂胶对工作气体的污染；

2)在放电管的不锈钢棒上设置了一对贵金属电极，两个贵金属电极之间的距离为3.7mm，提高了激光管的安全性与稳定性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明新结构的二氧化碳激光管的安装结构示意图；

图2为本发明新结构的二氧化碳激光管中镀催化剂装置的结构示意图。

结合附图，本发明实施例中附图标记如下：

1、储气管；2、回气管；3、水冷管；4、放电管；5(15)、水嘴；6、阴极电极；7、弹簧；8、阴极接线螺钉；9、输出反射镜；10(21)、紧定螺钉；11、输出镜座CF法兰；12、第二铜垫圈；13、第二管口固定CF法兰；14、第二可伐管；16、阳极电极；17、第一管口固定CF法兰；18、第一铜垫圈；19、全反射镜CF法兰；20、高压保护罩；22、全反射镜；23、阳极接线螺钉；24、第一可伐管；25(28)、橡胶塞；26(27)、贵金属电极；29、阴极不锈钢棒；30、阳极不锈钢棒。

具体实施方式

下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

根据本发明实施例，为了克服现有二氧化碳激光管的缺陷，需要提高二氧化碳激光管品质的一致性，可以采用改进二氧化碳激光管结构的方式，即采用如图1和图2所示的新结构的二氧化碳激光管。使用该新结构的二氧化碳激光管，可以吸收放电管和水冷管因受热产生的变形，提高管体的稳定性。

在该新结构的二氧化碳激光管中，为了降低对管口研磨精度的依赖，需要全反射镜和输出反射镜在安装固定后仍可对其进行进一步的微调；为了增加二氧化碳激光管的使用寿命，需要增加管体的储气量，加快一氧化碳分子和氧原子的复合速度；为了提高阳极电极材料的稳定性，需使用性能更稳定的材料；为了减少阴极处玻璃炸裂的情况，需要提高阴极电极的制造精度，使阴极电极与放电管内壁完全贴合。

如图1和图2所示，本实施例的新结构的二氧化碳激光管，包括两端呈锥形的储气管(如储气管1)，轴向配合设置在储气管内部的放电组件，分别配合安装在储气管两端的阳极组件和阴极组件，以及配合安装在阴极组件与储气管之间的弹簧(如弹簧7)。

其中，上述放电组件，包括轴向设置在储气管内部、且自内向外依次配合安装的放电管(如放电管4)、水冷管(如水冷管3)和回气管(如回气管2)，在放电管内镀有催化剂；回气管靠近阴极组件和阳极组件的端部均为水嘴(如水嘴5、15)，且伸出储气管的管壁；在水冷管与储气管之间设有环形玻璃管，回水管呈环形缠绕在水冷管的外壁。

在对激光管镀催化剂的工艺中，在放电管内部，轴向设有不锈钢棒，在不锈钢棒的中部设有间距为3.7mm的一对贵金属电极(如贵金属电极26、27)；不锈钢棒靠近阳极组件的一端为用于连接到磁控溅射电源阳极的阳极不锈钢棒(如阳极不锈钢棒30)，不锈钢棒靠近阴极组件的一端为用于连接到磁控溅射电源阴极的阴极不锈钢棒(如阴极不锈钢棒29)。

上述阳极组件，包括依次配合安装在储气管端部的阳极电极(如阳极电极16)、第一可伐管24、全反射镜(如全反射镜22)和高压保护罩(如高压保护罩20)。在第一可伐管远离阳极电极16的一侧，配合安装有第一管口固定CF法兰17；在全反射镜靠近高压保护罩的一侧，配合安装有全反射镜CF法兰19。在第一管口固定CF法兰与全反射镜CF法兰之间，安装有第一铜垫圈18；与第一管口固定CF法兰17相配合，还设有阳极接线螺钉23；在高压保护罩与全反射镜CF法兰之间，安装有紧定螺钉21。

上述阴极组件，包括依次配合安装在弹簧端部的阴极电极(如阴极电极6)、第二可伐管14和输出反射镜9。在第二可伐管远离阴极电极的一侧，配合安装有第二管口固定CF法兰13；与输出反射镜相配合，安装有输出镜座CF法兰11。在第二管口固定CF法兰13与输出镜座CF法兰之间，安装有第二铜垫圈12；与第二管口固定CF法兰13相配合，还设有阴极接线螺钉8；在输出反射镜与输出镜座CF法兰之间，安装有紧定螺钉10。CF法兰(英文名是Conflat Flange)，是一种用于超高真空中的法兰连接，采用金属静密封方式，可以承受高温烘烤。

在上述实施例中，该新结构的二氧化碳激光管的玻璃部分，由储气管1、回气管2、水冷管3、放电管4、水嘴5、管口14(即第二可伐管14)、水嘴15和管口24(即第一可伐管24)组成。可以按图2显示的连接结构，对图1显示的新结构的二氧化碳激光管进行组装，具体包括以下几个过程：

(1)将一端镶有贵金属电极26的阳极不锈钢棒30，与一端镶有贵金属电极27的阴极不锈钢棒29插入放电管中，管口24处用橡胶塞25密封、管口14处用橡胶塞28密封；

(2)将密封后的管口24和管口14接入真空排气系统，抽真空30分钟，将阳极不锈钢棒30连接到磁控溅射电源的阳极，将阴极不锈钢棒29连接到磁控溅射电源的阴极；保持贵金属电极26、贵金属电极27之间3.7mm距离，接通磁控溅射电源，贵金属电极26、贵金属电极27之间放电溅射，放电管内壁镀上贵金属催化剂，匀速拖动阳极不锈钢棒30、阴极不锈钢棒29，将催化剂镀在整根放电管4的内壁；

(3)将阳极电极16固定在第一管口固定CF法兰17上，第一管口固定CF法兰17是通过第一可伐管24与储气管1烧制为一体的；将全反射镜22安装在全反镜座CF法兰19上，在第一管口固定CF法兰17和全反镜座CF法兰19之间安装好第一铜垫圈18，用紧定螺钉21固定，调整紧定螺钉21，用内调焦望远镜测量，使全反射镜22与放电管4垂直；

第二管口固定CF法兰13通过第二可伐管14与储气管1烧制为一体，将阴极电极6通过弹簧7安装在第二管口固定CF法兰13内，使阴极电极6顶在放电管4端部；将输出反射镜9粘接在输出镜座CF法兰11上，在第二管口固定CF法兰13与输出镜座CF法兰11之间安装好第二铜垫圈12，调整紧定螺钉10，用内调焦望远镜测量，使输出反射镜9与放电管4垂直；

将第一管口固定CF法兰17和第二管口固定CF法兰13接入真空排气系统中抽真空，然后充入工作气体，将该新结构的二氧化碳激光管封离下来；

(4)将水嘴5、水嘴15接入工业水循环冷却系统，将激光电源正极线接在阳极接线螺钉23处并固定，将激光电源负极线接在阴极接线螺钉8处并固定，将高压保护罩20安装在全反镜座CF法兰19处；接通电源，激光管工作，调整紧定螺钉21、紧定螺钉10，使全反射镜22、输出反射镜9与放电管4处于最佳位置(即全反射镜22、输出反射镜9在激光管腔内的平面，应与放电管4的中心轴线完全垂直的位置)，使该新结构的二氧化碳激光管有较好的品质。

在上述实施例中，可以采用使用CF法兰，一端通过可伐管与管壳(即储气管1的管壳或管壁)直接烧结为一体，另一端粘接镜片，由于CF法兰两刀口间由软金属密封，对CF法兰紧定螺钉进行调整时，可改变镜片的角度。要增加二氧化碳激光管的使用寿命，增加管体的储气量，使用直径更大的管体。在放电管内壁镀催化剂，以加快一氧化碳分子和氧原子的复合速度。阳极电极使用钛管加工而成，其前端焊接更为稳定的贵金属丝，贵金属丝弯曲成半圆形，减少尖端放电。阴极电极使用钛管加工而成，提高加工精度后与放电管内壁完全贴合。水冷管与储气管之间连接用的玻璃管，由直管改为环形管。在烧制管体时，连接用的玻璃管烧接在水冷管后，弯曲成环形，再与储气管上的水嘴连接。这样，当水冷管受热膨胀后其轴向尺寸增加时，环形连接管发生形变，保证水冷管、放电管不会变形，不会损坏管体，保证管体的稳定性。

本实施例的新结构的二氧化碳激光管，具有以下特点：

(1)金属封接技术在中小功率激光管中的应用，第一管口固定CF法兰17是通过第一可伐管24与储气管1烧制为一体；第二管口固定CF法兰13是通过第二可伐管14与储气管1烧制为一体；

(2)CF法兰结构在中小功率激光管中的应用，全反射镜22、输出反射镜9不与管口14、管口24直接粘接，使用CF法兰过渡将全反射镜22、输出反射镜9与管口14、管口24连接；

(3)应用第一铜垫圈18的弹性，调整紧定螺钉21，使全反射镜22的角度可调；

(4)应用第二铜垫圈12的弹性，调整紧定螺钉10，使输出反射镜11的角度可调；

(5)阳极电极16使用钛管加工而成，其前端焊接更为稳定的贵金属丝，贵金属丝弯曲成半圆形，减少尖端放电；

(6)增加管体的储气量，使用直径为80-100毫米的管体；

(7)使用亚克力材料的高压保护罩20安装在全反镜座CF法兰19处，隔绝高压对外放电的可能；

(8)催化剂技术在中小功率二氧化碳激光管中的应用，特指在应用CF法兰结构全反射镜22、输出反射镜9可调的二氧化碳激光管中；

(9)水嘴5处，水冷管3与储气管1之间连接用的玻璃管为环形，减少了放电管变形，提升激光管的稳定性。

(10)在放电管的不锈钢棒上设置了一对贵金属电极，两个贵金属电极之间的距离为3.7mm，提高了激光管的安全性与稳定性。

本发明上述各实施例的新结构的二氧化碳激光管，是一种中小功率的二氧化碳激光管。该新结构的二氧化碳激光管的玻璃部分由储气管1、回气管2、水冷管3、放电管4、水嘴5、管口14(即第二可伐管14)、水嘴15和管口24(即第一可伐管24)组成，储气管1的管体为80-100毫米，放电管4镀有催化剂，阳极电极16使用钛管加工而成，其前端焊接的贵金属丝弯曲成半圆形。全反射镜22、输出反射镜9使用CF法兰过渡将全反射镜22、输出反射镜9与管口14、管口24连接；应用第一铜垫圈18、第二铜垫圈12的弹性，调整紧定螺钉21、调整紧定螺钉10，使全反射镜22、输出反射镜11的角度可调；使用亚克力材料的高压保护罩20安装在全反镜座CF法兰19处，隔绝高压对外放电的可能；水嘴5处，水冷管与储气管之间连接用的玻璃管为环形，减少放电管变形。

在本发明上述各实施例的新结构的二氧化碳激光管中，放电管镀有催化剂，镜片安装于通过可伐管与管体连接的CF法兰上；CF法兰与管体连接的关键是，通过可伐烧结；CF法兰两刀口间由软金属密封，对CF法兰紧定螺钉进行调整时，可改变镜片的角度；放电管内镀有催化剂，不是镀催化剂的工艺；呈环形缠绕的水管；阴极和阳极由钛管精加工而成；阳极前端焊接贵金属丝，贵金属丝弯曲成半圆形；增加管体的储气量，使用直径为80-100毫米的管体；使用亚克力材料的高压保护罩，安装在全反镜座处，隔绝高压对外放电的可能。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种新结构的二氧化碳激光管，包括两端呈锥形储气管(1)，轴向配合设置在所述储气管(1)内部的放电组件，分别配合安装在所述储气管两端的阳极组件和阴极组件，以及配合安装在所述阴极组件与储气管之间的弹簧(7)；所述放电组件，包括轴向设置在所述储气管内部、且自内向外依次配合安装的放电管(4)、水冷管(3)和回气管(2)，在所述放电管(4)内镀有催化剂；所述回气管(2)靠近阴极组件和阳极组件的端部均为水嘴(5、15)，且伸出所述储气管(1)的管壁；在所述水冷管(3)与所述储气管(1)之间设有环形玻璃管，所述回气管(2)呈环形缠绕在水冷管的外壁；所述阳极组件，包括依次配合安装在所述储气管(1)端部的阳极电极(16)、第一可伐管(24)、全反射镜(22)和高压保护罩(20)，其特征在于，在所述第一可伐管(24)远离所述阳极电极(16)的一侧配合安装有第一管口固定CF法兰(17)，所述第一管口固定法兰(17)通过所述第一可伐管(24)与所述储气管(1)烧结为一体，在所述全反射镜(22)靠近高压保护罩(20)的一侧，配合安装有全反射镜CF法兰(19)；在所述放电管内部，轴向设有不锈钢棒，在所述不锈钢棒的中部设有间距3.7mm的一对贵金属电极。

2.根据权利要求1所述的新结构的二氧化碳激光管，其特征在于，在所述第一管口固定CF法兰(17)与所述全反射镜CF法兰(19)之间，安装有第一铜垫圈(18)；与所述第一管口固定CF法兰(17)相配合，还设有阳极接线螺钉(23)；在所述高压保护罩(20)与全反射镜CF法兰(19)之间，安装有紧定螺钉(21)。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的新结构的二氧化碳激光管，其特征在于，所述阴极组件，包括依次配合安装在所述弹簧(7)端部的阴极电极(6)、第二可伐管(14)和输出反射镜(9)。

4.根据权利要求3所述的新结构的二氧化碳激光管，其特征在于，在所述第二可伐管(14)远离阴极电极(6)的一侧，配合安装有第二管口固定CF法兰(13)，所述第二管口固定CF法兰(13)与所述输出反射镜(9)相配合，安装有输出镜座CF法兰(11)。

5.根据权利要求4所述的新结构的二氧化碳激光管，其特征在于，在所述第二管口固定CF法兰(13)与所述输出镜座CF法兰(11)之间安装有第二铜垫圈(12)；与所述第二管口固定CF法兰(13)相配合，还设有阴极接线螺钉(8)；在所述输出反射镜(9)与输出镜座CF法兰(11)之间，安装有紧定螺钉(10)。

6.根据权利要求4所述的新结构的二氧化碳激光管，其特征在于，所述第二管口固定CF法兰(13)通过所述第二可伐管(14)与所述储气管(1)烧结为一体。