CN105024260B - 高功率气体激光器用放电管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光器技术领域，具体公开一种高功率气体激光器用放电管，包括垂直进气管、扰流管、直管以及涡轮管，进气管的一端部通过扰流管的侧壁与扰流管连通，扰流管与涡轮管的端部密封连接并相互连通，直管由扰流管的封闭端穿过扰流管，涡轮管连接直管的部分内壁上沿其端部延伸至内开有螺旋设置的槽，直管由扰流管穿出后进入涡轮管，直管的外壁与槽的凸出部分紧密配合，槽的末端与一气体导流机构连通，气体导流机构将气体由直管的端部导流至直管内，在直管位于扰流管内的部分的侧壁上设有进气孔，扰流管管壁上封装有阳极针。本发明能够提高放电管气体流量，降低气体温度，产生均匀、充分的湍流，保证放电管的一致性，提高放电稳定性和激光功率。

Description

高功率气体激光器用放电管

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种高功率气体激光器用放电管。

背景技术

放电管是高功率气体激光器的重要部件，其与安装在两端的电极组成放电结构，工作时气体由循环风机带动快速通过放电管，放电管两端的电极产生高压电场，工作气体在腔内发生辉光放电，产生增益介质，在多组放电管及镜片共同组成的谐振腔内一部分能量产生激光输出，另一部分产生热量释放。放电管内工作气体的流量、增益物质的均匀性以及气体的湍流状况的均匀性决定了激光的光束、激光器的稳定性以及激光功率的大小。

目前常见的放电管包括直管放电管、十字形放电管以及鼓包形放电管。

图1所示为直管放电管结构，气体由气体入口进入放电管，在直管段放电工作，最后由出口排除，直管结构的气体入口也即湍流孔。在实际使用中直管放电管能够产生均匀的湍流，放电管放电效果较好，但是其气体流量较小，通常要提高气体流量必须增加入口直径，但是随着入口孔径的增加放电管的放电效果会越来越差，到一定孔径时会破坏放电。

图2所示为十字形放电管，为了解决直管气流量小的问题，将放电管改良成十字形，气体由进气口进入放电管，经由十字结构气体换向进入直管段放电工作，最后由出口排出，通常在进气结构和十字结构中间设计湍流孔。在实际应用中直管放电管能够提高气体流量，但是直管段的气体湍流状态不佳，容易引起放电不稳定。

图3、4所示的鼓包型放电管气体由进气口进入放电管，经由鼓包结构气体换向进入直管段放电工作，最后由出口排出，通常在进气结构和鼓包结构中间设计湍流孔。在实际使用中合理设计鼓包的结构能够使得气体在直管段内形成均匀的湍流结构且气体流量较大。但是此种放电管加工过程较为复杂，玻璃热加工的工艺特性不能够很好的保持放电管鼓包尺寸的一致性，且通过扩大湍流孔的方式增加气体流量到一定程度后，气体放电效果随湍流孔的增大而急速变差，影响机器的稳定性。

发明内容

本发明针对以上现有气体放电管中存在的：气体流量小，湍流均匀性差，放电管一致性差的问题，提供了一种高功率气体激光器用放电管，其具有气体流量大，湍流均匀、充分、有效，放电管一致性好的特点，能够保证激光器的放电稳定性、提高激光器激光功率。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种高功率气体激光器用放电管，其包括垂直进气管、扰流管、直管以及涡轮管，所述扰流管的一端封闭，内径大于直管外径，所述进气管的一端部通过扰流管的侧壁与扰流管连通，所述扰流管与涡轮管的端部密封连接并相互连通，所述直管由扰流管的封闭端穿过扰流管，所述涡轮管连接直管的部分内壁上沿其端部延伸至内开有螺旋设置的槽，所述直管由扰流管穿出后进入涡轮管，直管的外壁与槽的凸出部分紧密配合，所述槽的末端与一气体导流机构连通，所述气体导流机构将气体由直管的端部导流至直管内，在直管位于扰流管内的部分的侧壁上设有进气孔，正对进气孔的扰流管管壁上封装有阳极针，在直管的端部设有阴极环；所述直管的进气孔、进气管以及扰流管共同形成放电管的扰流结构，所述涡轮管的槽以及气体导流机构形成涡轮结构。

优选地，所述气体导流机构为一导流钩，导流钩上具有朝向直管的弧形导流片。

优选地，所述弧形导流片的下端部到直管端部之间的距离为4-7mm。

对上述技术方案的进一步改进为，所述涡轮管包括依序设置的同外径的第一段管、内径大于第一段管的第二段管以及内径小于第二段管的第三段管，所述槽设于第一段管的内壁上。

对上述技术方案的进一步改进为，所述涡轮管设有槽的一端还具有一外径小于涡轮管外径的连接管，连接管与扰流管嵌套配合。

优选地，所述螺旋设置的槽宽度为2-3mm。

优选地，所述螺旋设置的槽高度为其宽度的1-3倍。

优选地，所述槽的螺旋角度为30-70度。

优选地，所述进气孔直径为12-14mm。

优选地，所述扰流管内径尺寸为扰流管内部长度的1-2倍。

优选地，所述直管用玻璃制成，所述扰流管、涡轮管以及垂直进气管用金属制成。

本发明所述的高功率气体激光器用放电管，其有益效果为：

（一）在放电管结构中存在两个湍流结构，湍流进气孔及涡轮结构同时进气，极大的增加了放电管内的气体流量，气体流量可以极限提高20%~40%，增加了放电管放电区域即直管部分的气体流速，有效的降低了气体温度，增加放电稳定性。

（二）放电管的涡轮结构强制的行成对称的气体旋流，与绕流结构、湍流孔配合在放电区域形成均匀的湍流，增加放电稳定性。

（三）放电管结构采用分体制造的方式，其中放电管直管采用玻璃结构，此结构可以完全采用冷加工的方式完成，避免了如十字放电管、鼓包放电管机构所采用的玻璃管焊接工艺，能够很好的保证玻璃管的一致性，扰流结构、涡轮结构均采用金属材料，进一步保证放电管结构的一致性。

（四）各方综合作用提高了激光器的放电稳定性及激光功率。

附图说明

图1是现有的直管放电管的结构示意图；

图2是十字形放电管的结构示意图；

图3、4是鼓包型放电管的结构示意图；

图5是本发明实施例高功率气体激光器用放电管正面外部结构示意图；

图6是本发明实施例高功率气体激光器用放电管俯视图；

图7是本发明实施例高功率气体激光器用放电管B-B剖视图；

图8是图7中A处的局部放大图；

图9是本发明实施例高功率气体激光器用放电管涡轮管中的槽与气体导流机构结构示意图。

其中：

1、垂直进气管；2、扰流管；3、直管；31、进气孔；4、涡轮管；41、槽；42、第一段管；43、第二段管；44、第三段管；45、连接管；5、阳极针；52、针座；6、气体导流机构；61、弧形导流片。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

实施例：

请参照图5、6，本发明所述的高功率气体激光器用放电管，其包括垂直进气管1、扰流管2、直管3以及涡轮管4，直管3使用玻璃制成，垂直进气管1、扰流管2以及涡轮管4采用金属材料制成。

请参照图7，扰流管2的一端封闭，内径大于直管3的外径，进气管1的一端部通过扰流管2的侧壁与扰流管2垂直连通，气体从进气管1进入扰流管2内。为使扰流管2能够高效地工作，扰流管2内径尺寸a为扰流管2内部长度b的1-2倍。

请参照图8，涡轮管4的内壁上沿其端部至内部一部分开设有螺旋设置的槽41，槽41结构请参照图9。在槽41的末端设有气体导流机构6，直管3从扰流管2穿出后进入涡轮管4，直管3的外壁与槽41的凸出部分紧密配合，气体导流机构6的末端对着直管3的端部。请参照图9，作为优选的方案，此处气体导流机构6为一导流钩，导流钩6上具有朝向直管3端部的弧形导流片61，一部分气体从扰流管2出来通过槽41流入直管3。为保证槽41内的气体能够最多地流入直管3，弧形导流片61的下端部到直管3的端部之间的距离为4-7mm。螺旋设置的槽41宽度为2-3mm，槽41高度为其宽度的1-3倍。槽41的螺旋角度为30-70度。

涡轮管4设有螺旋槽41的一端部设有外径小于涡轮管4外径的连接管45，槽41延伸至连接管45的内壁，连接管45与扰流管2嵌套配合在一起，从而扰流管2与涡轮管4紧密配合并订合在一起。

在直管3位于扰流管2内的部分的侧壁上设有进气孔31，正对进气孔31的扰流管2管壁上通过一针座51封装有阳极针5，在直管3的端部设有阴极环。

直管3的进气孔31、进气管1以及扰流管2共同形成放电管的扰流结构，涡轮管4的槽41以及气体导流机构6形成涡轮结构。为使进气孔31既能保证气体流量大，又不影响放电管的正常工作，进气孔31直径为12-14mm。

涡轮管4包括依序设置的同外径的第一段管42、内径大于第一段管42的第二段管43以及内径小于第二段管43的第三段管44，槽41设于第一段管42的内壁上，连接管45设在第一段管42的入口处，以使得直管3的末端处的涡轮管4内径大于直管3。

工作原理是：由循环泵提供放电管两端的压力差，气体由垂直进气管1进入后一部分气体进入扰流管2后经绕流结构由进气孔31进入直管3，另外一部分经涡轮结构的槽41以及气体导流机构6由直管3末端进入直管3，最后由直管3出口进入循环回路。在此放电管结构中存在两个湍流结构，其一为在放电管的湍流孔即进气孔31处设置有阳极针，放电管出口处设置有阴极环，在此之间形成高压直流放电，激励气体工作。

本发明的放电管结构中存在的两个湍流结构，湍流进气孔及涡轮结构同时进气，极大的增加了放电管内的气体流量，气体流量可以极限提高20%~40%，增加了放电管放电区域即直管部分的气体流速，有效的降低了气体温度，增加放电稳定性、提高了激光功率。

放电管的涡轮结构强制的行成对称的气体旋流，与绕流结构、湍流孔配合在放电区域形成充分、均匀、有效的湍流，增加放电稳定性、提高了激光功率。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高功率气体激光器用放电管，其特征在于：包括垂直进气管(1)、扰流管(2)、直管(3)以及涡轮管(4)，所述扰流管(2)的一端封闭，内径大于直管(3)外径，所述进气管(1)的一端部通过扰流管(2)的侧壁与扰流管(2)连通，所述扰流管(2)与涡轮管(4)的端部密封连接并相互连通，所述直管(3)由扰流管(2)的封闭端穿过扰流管(2)，所述涡轮管(4)连接直管(3)的部分内壁上沿其端部延伸至内开有螺旋设置的槽(41)，所述直管(3)由扰流管(2)穿出后进入涡轮管(4)，直管(3)的外壁与槽(41)的凸出部分紧密配合，所述槽(41)的末端与一气体导流机构(6)连通，所述气体导流机构(6)将气体由直管(3)的端部导流至直管(3)内，在直管(3)位于扰流管(2)内的部分的侧壁上设有进气孔(31)，正对进气孔(31)的扰流管(2)管壁上封装有阳极针(5)，在直管(3)的端部设有阴极环；所述直管(3)的进气孔(31)、进气管(1)以及扰流管(2)共同形成放电管的扰流结构，所述涡轮管(4)的槽(41)以及气体导流机构(6)形成涡轮结构。

2.根据权利要求1所述高功率气体激光器用放电管，其特征在于：所述气体导流机构(6)为一导流钩，导流钩上具有朝向直管(3)的弧形导流片(61)；进一步地，所述弧形导流片(61)的下端部到直管(3)端部之间的距离为4-7mm。

3.根据权利要求1所述高功率气体激光器用放电管，其特征在于：所述涡轮管(4)包括依序设置的同外径的第一段管(42)、内径大于第一段管(42)的第二段管(43)以及内径小于第二段管(43)的第三段管(44)，所述槽(41)设于第一段管(42)的内壁上。

4.根据权利要求1或2所述高功率气体激光器用放电管，其特征在于：所述涡轮管(4)设有槽(41)的一端还具有一外径小于涡轮管(4)外径的连接管(45)，连接管(45)与扰流管(2)嵌套配合。

5.根据权利要求1所述高功率气体激光器用放电管，其特征在于：所述螺旋设置的槽(41)宽度为2-3mm。

6.根据权利要求1所述高功率气体激光器用放电管，其特征在于：所述螺旋设置的槽(41)高度为其宽度的1-3倍。

7.根据权利要求1所述高功率气体激光器用放电管，其特征在于：所述槽(41)的螺旋角度为30-70度。

8.根据权利要求1所述高功率气体激光器用放电管，其特征在于：所述进气孔(31)直径为12-14mm。

9.根据权利要求1所述高功率气体激光器用放电管，其特征在于：所述扰流管(2)内径尺寸为扰流管(2)内部长度的1-2倍。

10.根据权利要求1所述高功率气体激光器用放电管，其特征在于：所述直管(3)用玻璃制成，所述扰流管(2)、涡轮管(4)以及垂直进气管(1)用金属制成。