CN107046218A - 激光振荡装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够抑制激光介质循环管的膨胀的激光振荡装置。激光振荡装置具备：谐振器部，其具有导入口和排出口，该谐振器部生成激光；激光介质循环管，其一端与导入口连接，另一端与排出口连接；鼓风机，其以将激光介质从导入口导入到谐振器部、将被导入到谐振器部的激光介质从排出口排出的方式使激光介质流动；以及绝热机构，其设置在激光介质循环管的内部，该绝热机构将在该激光介质循环管中流动的激光介质与激光介质循环管之间的热传导切断。

Description

激光振荡装置
技术领域
本发明涉及一种具备激光介质循环管的激光振荡装置。
背景技术
已知一种为了使向生成激光的谐振器部供给的激光介质循环而具备激光介质循环管和鼓风机的激光振荡装置(例如日本特开平7-231129号公报)。
从正进行放电的谐振器部排出的激光介质变为高温。通过像这样变为高温的激光介质，而激光介质循环管被加热，由此激光介质循环管可能发生热膨胀。存在这样的激光介质循环管的膨胀使谐振器部的结构部件移位的风险，因此期望抑制该膨胀。
发明内容
在本发明的一个方式中，激光振荡装置具备：谐振器部，其具有用于导入激光介质的导入口和用于排出激光介质的排出口，该谐振器部生成激光；以及激光介质循环管，其一端与导入口连接，另一端与排出口连接。
另外，激光振荡装置具备：鼓风机，其设置于所述激光介质循环管，该鼓风机以将激光介质从导入口导入到谐振器部、将被导入到谐振器部的激光介质从排出口排出的方式使该激光介质流动；以及绝热机构，其设置在激光介质循环管的内部，该绝热机构将在该激光介质循环管中流动的激光介质与激光介质循环管之间的热传导切断。
也可以是，绝热机构以遍及另一端与激光介质循环管中的比该另一端靠下游侧的位置之间的区间的方式设置。绝热机构也可以具有安装于激光介质循环管的内表面的绝热件。
也可以是，绝热机构具有绝热管，该绝热管与激光介质循环管的内表面相离地配置于该激光介质循环管的内侧，并沿着激光介质循环管延伸。在该情况下，从排出口排出的激光介质流入到绝热管，但不流入到激光介质循环管与绝热管之间的间隙。
绝热管也可以在其上游侧的端部或下游侧的端部处被激光介质循环管支承。也可以是，绝热机构具有整流机构，该整流机构对在激光介质循环管中流动的激光介质的流动进行整流。
也可以是，整流机构具有分隔壁，该分隔壁将激光介质循环管的内部的、沿着与激光介质循环管的长度方向交叉的平面的截面区域分隔为多个区域。也可以是，整流机构具有凸部，该凸部形成为从激光介质循环管的内表面突出。
也可以是，激光介质循环管具有弯曲部，该弯曲部无接合处且光滑地弯曲延伸。也可以是，激光介质循环管具有直管部，该直管部从另一端向下游侧笔直地延伸。直管部也可以具有该直管部的当量直径的3倍以上的长度。
也可以是，激光介质循环管具有波纹部，该波纹部与另一端相邻地设置。也可以是，激光振荡装置还具备热交换器，该热交换器配置在鼓风机与排出口之间，来从在激光介质循环管中流动的激光介质去除热。也可以是，绝热机构以遍及另一端与热交换器之间的区间的方式设置。
附图说明
通过参照附图来说明以下的优选的实施方式，本发明的上述或其它目的、特征和优点会变得更加明确。
图1是一个实施方式所涉及的激光振荡装置的图。
图2是表示图1所示的绝热机构的一例的图，以截面示出激光介质循环管的第一管。
图3是表示图1所示的绝热机构的其它例的图，以截面示出激光介质循环管的第一管。
图4是表示图1所示的绝热机构的另一其它例的图，以截面示出激光介质循环管的第一管。
图5是其它实施方式所涉及的激光振荡装置的图。
图6是从图5的箭头A的方向(即激光介质的流动方向)观察图5所示的整流机构得到的图，是将该整流机构的一部分放大了的放大图。
图7是另一其它实施方式所涉及的激光振荡装置的图。
图8是沿着图7中的B-B切断图7所示的激光介质循环管的第一管并将其一部分放大了的放大截面图。
图9是另一其它实施方式所涉及的激光振荡装置的图。
图10是沿着图9中的B-B切断图9所示的激光介质循环管的第一管并将其一部分放大了的放大截面图。
图11是表示图1所示的第一管的一个变形例的图，以截面示出该第一管。
图12是表示图1所示的第一管的其它变形例的图，以截面示出该第一管。
图13是表示图1所示的第一管的另一其它变形例的图，以截面示出该第一管。
具体实施方式
下面，基于附图来详细地说明本发明的实施方式。此外，在以下说明的各种实施方式中，对与已述的实施方式相同的要素标注相同的标记，省略详细的说明。
首先，参照图1来说明本发明的一个实施方式所涉及的激光振荡装置10。激光振荡装置10具备谐振器部12、激光介质循环管14、鼓风机16、热交换器18及20。
谐振器部12具有输出镜22、后镜24、放电管26、放电管支承部28及30。输出镜22与后镜24彼此相向地配置。输出镜22由部分反射镜(所谓的半透半反镜)构成，另一方面，后镜24由全反射镜构成。
放电管26配置在输出镜22与后镜24之间。放电管26的一端被放电管支承部28支承，另一端被放电管支承部30支承。
放电管26具有彼此相向地配置的放电电极(未图示)，从激光电源(未图示)对这些放电电极施加电压。向放电管26的内部供给二氧化碳、氮气、氩气等激光介质。
当从激光电源对放电电极施加电压时，通过在放电电极间产生的放电而激光介质被激励，由此生成激光。在放电管26内生成的激光在输出镜22与后镜24之间通过光谐振而被放大，通过输出镜22后作为输出激光L向外部射出。
放电管支承部28为中空构件，在其内部设置有后镜24。放电管支承部28的内部与放电管26的内部连通。另外，放电管支承部28具有用于导入激光介质的导入口34。
放电管支承部30为与放电管支承部28同样的中空构件，在放电管支承部30的内部设置有输出镜22。放电管支承部30的内部与放电管26的内部连通。另外，放电管支承部30具有用于排出激光介质的排出口36。
激光介质循环管14划定出向谐振器部12供给的激光介质的流路。在本实施方式中，激光介质循环管14具有第一管38、第二管40、第三管42以及第四管44。
第一管38的一个端部38a与形成于放电管支承部30的排出口36连接，另一端部38b与热交换器18连接。第一管38的内部通过排出口36而与放电管支承部30的内部连通。
第二管40在热交换器18与鼓风机16之间延伸，该第二管40的内部通过热交换器18而与第一管38的内部连通。
第三管42在鼓风机16与热交换器20之间延伸，该第三管42的内部通过鼓风机16而与第二管40的内部连通。
第四管44的一个端部44a与形成于放电管支承部28的导入口34连接，另一端部44b与热交换器20连接。第四管44的内部通过导入口34而与放电管支承部28的内部连通，另一方面，第四管44的内部通过热交换器20而与第三管42的内部连通。
鼓风机16设置在第二管40与第三管42之间，使激光介质循环管14内的激光介质产生压力变动，来使该激光介质向图1中的箭头A所示的方向流动。
由此，激光介质从第四管44通过导入口34而流入到放电管支承部28，在放电管26的内部流动之后从排出口36向第一管38内排出。这样，通过激光介质循环管14和谐振器部12而划定出激光介质的循环流路。
热交换器18配置于鼓风机16的上游侧，从在第一管38内流动来的激光介质去除热。另一方面，热交换器20配置于鼓风机16的下游侧，从在第三管42内流动来的激光介质去除热。
在此，激光振荡装置10还具备设置在激光介质循环管14的内部的绝热机构50。下面，参照图2来说明绝热机构50的一例。
在图2所示的例子中，绝热机构50包括安装在第一管38的内表面38c的绝热件52。绝热件52安装成以遍及第一管38的上游侧的端部38a与下游侧的端部38b之间的区间地延伸的方式覆盖第一管38的内表面38c的整个区域。
绝热件52将在第一管38内流动的激光介质与该第一管38之间的热传导切断。根据本实施方式，能够抑制通过在谐振器部12生成激光时从排出口36排出的高温的激光介质而第一管38被加热从而该第一管38在其长度方向上发生热膨胀。
另外，第一管38在排出口36与热交换器18之间延伸，是激光介质循环管14中最容易被从排出口36排出的激光介质加热的部分。在本实施方式中，绝热件52设置于该第一管38，因此能够有效地抑制激光介质循环管14由于热而膨胀。
接着，参照图3来说明绝热机构50的其它例。在图3所示的例子中，绝热机构50包括绝热管54。该绝热管54与第一管38的内表面38c相离地配置于第一管38的内表面38c的内侧。
绝热管54以遍及第一管38的上游侧的端部38a与比第一管38的下游侧的端部38b稍靠上游侧的位置之间的区间的方式沿着该第一管38延伸。在绝热管54的上游侧的端部54a形成有从该端部54a向外侧突出的凸缘部56。
凸缘部56固定于第一管38。绝热管54经由凸缘部56且以向第一管38的内表面38c的内侧与第一管38的内表面38c相离的方式被第一管38支承。另一方面，绝热管54的下游侧的端部54b为自由端，与热交换器18相离地配置在热交换器18的上游侧。
在第一管38的内表面38c与绝热管54的外表面54d之间形成有间隙58。从排出口36排出的激光介质流入到绝热管54内，在绝热管54的内部流动而被导向热交换器18。
根据本实施方式，能够通过第一管38与绝热管54之间的间隙58来将在绝热管54内流动的激光介质与第一管38之间的热传导切断。因而，能够抑制通过从排出口36排出的高温的激光介质而第一管38被加热从而第一管38在其长度方向上发生热膨胀。
另外，根据本实施方式，在最容易被从排出口36排出的激光介质加热的第一管38中设置有绝热管54，因此能够有效地抑制激光介质循环管14的由于热而导致的膨胀。
另外，在本实施方式中，绝热管54在其上游侧的端部54a处经由凸缘部56被第一管38支承，另一方面，绝热管54的下游侧的端部54b为自由端。
根据该结构，即使绝热管54通过来自激光介质的热传导而被加热，绝热管54也能够以其端部54b向热交换器18靠近的方式发生热膨胀。因而，能够防止由于绝热管54的热膨胀而使谐振器部12的结构部件移位。
接着，参照图4来说明绝热机构50的另一其它例。在图4所示的例子中，绝热机构50具有绝热件52、绝热管54以及安装在该绝热管54的内表面54c的第二绝热件60。
从排出口36排出的激光介质流入到绝热管54内。第二绝热件60将在绝热管54内流动的激光介质与该绝热管54之间的热传导切断。根据本实施方式所涉及的绝热机构50，能够通过绝热件52、绝热管54以及第二绝热件60将从激光介质向第一管38的热传导更有效地切断。因此，能够更有效地抑制第一管38在其长度方向上发生热膨胀。
接着，参照图5和图6来说明其它实施方式所涉及的激光振荡装置70。激光振荡装置70具备谐振器部12、激光介质循环管14、鼓风机16、热交换器18、热交换器20以及绝热机构50。本实施方式所涉及的绝热机构50具有绝热件52和整流机构72。
整流机构72设置于激光介质循环管14中的设置有绝热件52的区间、即第一管38的内部。如图6所示，整流机构72具有分隔壁72a。该分隔壁72a将第一管38的内部空间的、沿着与该第一管38的延伸方向正交的平面的截面区域分割为多个区域。
本实施方式所涉及的分隔壁72a具有蜂巢构造，将第一管38的内部空间的截面区域分割为多个六边形的区域。在第一管38中流动的激光介质经过该分隔壁72a地流动而被分流为多个层流，从而被整流，由此防止激光介质产生紊流。
在像这样对激光介质的流动进行整流的情况下，在第一管38中流动的激光介质的温度分布在接近第一管38的中心轴线的区域中为较高温，而在接近第一管38的内表面38c的区域中为较低温。
换言之，整流机构72通过对激光介质的流动进行整流来实现如下功能：使激光介质的温度在接近第一管38的区域中相对地下降，由此将从激光介质向第一管38的热传导切断。
在本实施方式中，通过绝热件52和整流机构72来构成绝热机构50，由此能够进一步有效地抑制第一管38由于来自激光介质的热而发生热膨胀。
接着，参照图7和图8来说明另一其它实施方式所涉及的激光振荡装置80。激光振荡装置80具备谐振器部12、激光介质循环管14、鼓风机16、热交换器18、热交换器20以及绝热机构50。绝热机构50具有绝热件52和整流机构82。
整流机构82设置于激光介质循环管14中的设置有绝热件52的区间、即第一管38的内部。如图8所示，整流机构82具有形成于第一管38的内表面的多个凸部82a。
这些凸部82a设置为从第一管38的内表面38c向内侧突出，以沿着该内表面38c的周向排列的方式进行配置。各个凸部82a设置为沿着第一管38的长度方向即激光介质的流动方向A延伸。绝热件52以覆盖内表面38c和凸部82a的方式安装于第一管38的内部。
凸部82a对在第一管38中流动的激光介质的流动进行整流使之成为层流来防止激光介质产生紊流，由此使激光介质的温度在接近第一管38的区域中相对地下降。这样一来，整流机构82实现将从激光介质向第一管38的热传导切断的功能。
在本实施方式中，通过绝热件52和整流机构82来构成绝热机构50，由此能够进一步有效地抑制第一管38由于来自激光介质的热而发生热膨胀。
接着，参照图9和图10来说明另一其它实施方式所涉及的激光振荡装置90。激光振荡装置90具备谐振器部12、激光介质循环管14、鼓风机16、热交换器18、热交换器20以及绝热机构50。绝热机构50具有绝热管54、整流机构92以及绝热件94。
整流机构92具有形成于绝热管54的内表面54c的多个凸部92a。这些凸部92a设置为从绝热管54的内表面54c向内侧突出，以沿着该内表面54c的周向排列的方式进行配置。
各个凸部92a设置为沿着绝热管54的长度方向即激光介质的流动方向A延伸。绝热件94以覆盖绝热管54的内表面54c和凸部92a的方式进行安装。
凸部92a与上述的凸部82a同样地对在第一管38内流动的激光介质的流动进行整流使之成为层流来防止激光介质产生紊流，由此使激光介质的温度在接近第一管38的区域中相对地下降。这样一来，整流机构92实现将从激光介质向第一管38的热传导切断的功能。
在本实施方式中，通过绝热管54、整流机构92以及绝热件94来构成绝热机构50，由此能够进一步有效地抑制第一管38由于来自激光介质的热而发生热膨胀。
此外，能够对图1所示的第一管38施以各种变更。下面，参照图11来说明一个变形例所涉及的第一管38’。
在该实施方式所涉及的激光振荡装置10’中，第一管38’具有无接合处且光滑地弯曲延伸的弯曲部38d’。该第一管38’能够通过对一根笔直的直管进行弯曲加工而制得。通过像这样制作第一管38’，能够防止在弯曲部38d’形成通过焊接等使两个管接合时产生的接合处。
通过设置这样的弯曲部38d’，当在第一管38’内流动的激光介质经过该弯曲部38d’时，能够使激光介质的流动为层流，从而防止该激光介质的流动产生紊流。其结果是，能够使激光介质的温度在接近第一管38’的区域中相对地下降，由此能够抑制第一管38’被加热。
此外，作为图11所示的绝热机构50，在应用图3所示的绝热管54的情况下，该绝热管54在相当于第一管38’的弯曲部38d’的位置处具有沿着该弯曲部38d’延伸的弯曲部(未图示)。在该情况下，第一管38’的弯曲部38d’与绝热管54的弯曲部可以具有彼此大致相同的曲率。
接着，参照图12来说明其它变形例所涉及的第一管38”。在该实施方式所涉及的激光振荡装置10”中，第一管38”具有从与排出口36连接的端部38a”向下游侧笔直地延伸的直管部38d”。在此，直管部38d”的长度L被设定为该直管部38d”的内周面的当量直径R的3倍以上。
在这样的直管部38d”中流动的激光介质的流动为层流，由此能够防止激光介质的流动产生紊流。因而，使激光介质的温度在接近第一管38”的区域中相对地下降，由此能够抑制第一管38”被加热。
接着，参照图13来说明另一其它变形例所涉及的第一管38”’。在该实施方式所涉及的激光振荡装置10”’中，第一管38”’具有波纹部38d”’。
波纹部38d”’与第一管38”’的一个端部38a”’相邻地设置。波纹部38d”’即使在第一管38”’由于激光介质的热而在长度方向上发生了热膨胀的情况下也能够吸收该热膨胀。
作为绝热机构50，能够应用图2、图3或图4所示的方式。这样，在本实施方式中，通过绝热机构50将从激光介质向第一管38”’的热传导切断，并且通过波纹部38d”’来吸收第一管38”’的热膨胀。
根据该结构，能够进一步有效地抑制由于第一管38”’的热膨胀而使谐振器部12的结构要素移位的风险。
此外，绝热机构50也可以设置为在比排出口36靠下游侧的激光介质循环管14的第一位置与比该第一位置靠下游侧的激光介质循环管14的第二位置之间的区间延伸。或者，绝热机构50也可以设置为以遍及激光介质循环管14的整个区域的方式延伸。
另外，绝热机构50也可以只具有整流机构72、82或92。在该情况下，绝热机构50也能够使激光介质的温度在接近第一管38的区域中相对地下降，由此能够将第一管38与激光介质之间的热传导切断。
另外，也可以省略热交换器18或20。例如，在省略了热交换器18的情况下，也可以设置为第一管38在排出口36与鼓风机16之间延伸，绝热机构50在与排出口36连接的第一管38的端部38a与鼓风机16(或鼓风机16的上游侧的位置)之间的区间延伸。
另外，激光介质循环管14既可以为圆筒状，也可以为多边形的筒状构件。
另外，在图5所示的实施方式中，也可以设置有多个整流机构72。例如，多个整流机构72可以设置于第一管38，或者也可以是，第一整流机构72设置于第一管38，而第二整流机构72设置于第二管40、第三管42或第四管44。
另外，整流机构72不限于图6所示的蜂巢构造，例如也可以具有将激光介质循环管14的内部空间的截面区域分割为两个或四个区域的分隔壁。另外，通过分隔壁所划定的各区域不限于图6所示的六边形，也可以是多边形、圆形或椭圆形。另外，整流机构可以构成为具有分隔壁72a以及凸部82a或92a。
另外，在图3所示的绝热管54中，也可以在该绝热管54的下游侧的端部54b形成凸缘部56。在该情况下，绝热管54在其下游侧的端部处经由凸缘部56被第一管38支承。
以上，通过发明的实施方式对本发明进行了说明，但上述的实施方式并不对权利要求书所涉及的发明进行限定。另外，将本发明的实施方式中所说明的特征进行组合而得到的方式也包含在本发明的技术范围内，但这些特征的组合未必全部是发明的技术方案所必需的。并且，能够对上述的实施方式施以多种变更或改进，这是本领域人员所清楚的。
另外，应该注意：关于权利要求书、说明书以及附图中示出的装置、系统、程序以及方法中的动作、过程、步骤、工序以及阶段等各处理的执行顺序，没有特别注明“比…之前”、“…之前”等，而且，只要不是将之前的处理的输出用在之后的处理中，就能够以任意的顺序来实现。关于权利要求书、说明书以及附图中的动作流程，虽然为了便于说明而使用“首先，”、“接着，”“接下来”等进行了说明，但是并不意味着必须以此顺序来实施。

Claims (12)

1.一种激光振荡装置，具备：
谐振器部，其具有用于导入激光介质的导入口和用于排出所述激光介质的排出口，该谐振器部生成激光；
激光介质循环管，其一端与所述导入口连接，另一端与所述排出口连接；
鼓风机，其设置于所述激光介质循环管，该鼓风机以将所述激光介质从所述导入口导入到所述谐振器部、将被导入到所述谐振器部的所述激光介质从所述排出口排出的方式使该激光介质流动；以及
绝热机构，其设置在所述激光介质循环管的内部，该绝热机构将在该激光介质循环管中流动的所述激光介质与所述激光介质循环管之间的热传导切断。
2.根据权利要求1所述的激光振荡装置，其特征在于，
所述绝热机构以遍及所述另一端与所述激光介质循环管中的比该另一端靠下游侧的位置之间的区间的方式设置。
3.根据权利要求1或2所述的激光振荡装置，其特征在于，
所述绝热机构具有安装于所述激光介质循环管的内表面的绝热件。
4.根据权利要求1所述的激光振荡装置，其特征在于，
所述绝热机构具有绝热管，该绝热管与所述激光介质循环管的内表面相离地配置于该激光介质循环管的内侧，并沿着所述激光介质循环管延伸，
从所述排出口排出的所述激光介质流入到所述绝热管，但不流入到所述激光介质循环管与所述绝热管之间的间隙。
5.根据权利要求4所述的激光振荡装置，其特征在于，
所述绝热管在其上游侧的端部或下游侧的端部处被所述激光介质循环管支承。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的激光振荡装置，其特征在于，
所述绝热机构具有整流机构，该整流机构对在所述激光介质循环管中流动的所述激光介质的流动进行整流。
7.根据权利要求6所述的激光振荡装置，其特征在于，
所述整流机构具有分隔壁，该分隔壁将所述激光介质循环管的内部的、沿着与所述激光介质循环管的长度方向交叉的平面的截面区域分隔为多个区域。
8.根据权利要求6所述的激光振荡装置，其特征在于，
所述整流机构具有凸部，该凸部形成为从所述激光介质循环管的内表面突出。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的激光振荡装置，其特征在于，
所述激光介质循环管具有弯曲部，该弯曲部无接合处且光滑地弯曲延伸。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的激光振荡装置，其特征在于，
所述激光介质循环管具有直管部，该直管部从所述另一端向下游侧笔直地延伸，
所述直管部具有该直管部的当量直径的3倍以上的长度。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的激光振荡装置，其特征在于，
所述激光介质循环管具有波纹部，该波纹部与所述另一端相邻地设置。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的激光振荡装置，其特征在于，
所述激光振荡装置还具备热交换器，该热交换器配置在所述鼓风机与所述排出口之间，来从在所述激光介质循环管中流动的所述激光介质去除热，
所述绝热机构以遍及所述另一端与所述热交换器之间的区间的方式设置。
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