CN201001001Y - 一种光腔可调节的二氧化碳激光器 - Google Patents

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Abstract

一种光腔可调节的二氧化碳激光器，本实用新型属于激光技术领域，本实用新型的目的是提供一种金属密封的光腔可以调节的玻璃管激光器，它由玻璃管激光器管壳，可调节内、外法兰，金属密封圈、激光输出耦合镜、反射镜，调节螺栓组成，在玻璃管激光器管壳两端激光输出耦合镜和反射镜与玻璃管管口之间设置有金属密封圈，玻璃管管口设有外台边、并与可调内法兰内圆内台边适配，可调外法兰内圆台边与激光输出耦合镜和反射镜外圆边适配，可调节内、外法兰用调节螺栓固定，由于金属密封有一定的弹性，激光镜片可以做精密调节，可以使激光器获得最佳效果。

Description

一种光腔可调节的二氧化碳激光器
技术领域
本实用新型属于激光技术领域，具体地说是利用一种光腔可调节的二氧化碳激光器，改善500W以下小功率玻璃管二氧化碳激光器的性能。
背景技术
在本实用新型提出之前，中小功率的二氧化碳激光器现在主要有两种：一种全金属射频激励的扩散冷却激光器，另一种是玻璃管二氧化碳激光器(以下简称玻璃管激光器)，它们都是通过气体放电形成气体激发产生激光的。在这两种激光器上，激光谐振腔(以下简称光腔)是由两个光学镜片组成的，其中一个是全反射镜、另一个是输出耦合镜。前一种激光器的综合性能比较好，主要特点是寿命很长，可以连续运行10000小时以上，基本免维护，主要缺点是价格昂贵，例如一个50W的扩散冷却射频激励的二氧化碳激光器需要人民币10万元以上，因此全球销量还没有突破2万个。后一种激光器的优点是价格十分低，一个50W的激光器的价格不超过人民币1000元，但其寿命短，一般连续工作时间为1000小时，此外激光光束质量也存在一些问题。尽管有明显的缺点，但由于市场需求大，玻璃管激光器在中国的年需求量就超过了10万个。另外，由于玻璃管激光器的管壳和光腔的两个镜片之间连接属于不同材料的连接，不可能进行熔化封接，密封难度比较大。镜片的主要作用是产生激光振荡和隔离大气与激光气体，漏气率必须很低。一般说来，玻璃管激光器的绝对气体压力在2-5kPa范围，泄漏0.05kPa以后激光器就难以稳定工作。由于激光镜片的材料与玻璃不同，并且激光镜片上还镀了产生激光所需要的薄膜，很难采用普通玻璃的高温熔化的密封办法，因此普通玻璃管激光器的镜片与玻璃管壳之间的密封是用胶粘接的工艺完成，几乎所有的国内外产品都是如此，少量国外产品用可阀合金过渡与玻璃焊接密封的工艺。胶粘接的办法简单，但问题是十分突出的：1)漏气率高，空气容易进入激光器；2)在负压下和气体放电环境下胶自行分解为有机气体从而形成对激光气体的毒害；3)前两种作用和气体放电而产生气体分解的三重作用迅速使玻璃管激光器性能衰退直至报废。正因为如此，玻璃管激光器连续工作的使用寿命只有1000小时，少量的能达到3000小时。国外用气体再生还原办法的工程上使用的激光器的寿命有5000小时的报道。
很显然，用胶粘接密封的玻璃管激光器的光腔是由两端粘接的两个镜片组成，是不可调节的。而激光器的光腔是需要调节的，只有调节才能达到光束质量最好和功率最高的最佳效果。镜片粘接固化后就不能动了，即使是刚固化时要达到最佳效果是不可能的，最简单的理由是光学镜片的两个表面不可能绝对平行，固化前的准直就不可能达到理想程度。镜片粘接固化后，遇到温度、湿度、激光工作条件等变化光腔都要发生变化，情况在不断恶化，光腔变化也是目前玻璃管激光器寿命不长的主要原因之一。
实用新型内容
针对玻璃管激光器寿命比较短的缺点，本实用新型的目的是提供一种金属密封的光腔可以调节的玻璃管激光器，金属密封是获得最低漏气率的最有效的途径，这种方法可以使目前的玻璃管激光器的寿命大幅度延长。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是，这种光腔可调节的二氧化碳激光器，它由玻璃管激光器管壳，可调节内、外法兰，金属密封圈、激光输出耦合镜、反射镜，调节螺栓组成，在玻璃管激光器管壳两端激光输出耦合镜和反射镜与玻璃管管口之间设置有金属密封圈，玻璃管管口设有外台边、并与可调内法兰内圆内台边适配，可调外法兰内圆台边与激光输出耦合镜和反射镜外圆边适配，可调节内、外法兰用调节螺栓固定。
本实用新型所述的可调节外法兰上布置有水冷套接口。
本实用新型所述的可调节内、外法兰上布置有3个调节螺栓孔，孔距按360°等分。
本实用新型所述的金属密封圈采用柔性金属材料，主要采用铟、铜、铅、锡等，也可以用聚四氟乙烯或橡胶替代。
本实用新型的优越性在于：1)金属密封是目前获得最低漏气率的最有效途径，比其它任何方式的密封的效果都要好；2)金属在常温下根本不存在分解的问题，只有在常温和大气环境下表面会氧化的情况，不可能有用胶粘接密封会产生有机气体分解出来的问题。用金属密封的另一类优点是：由于金属密封有一定的弹性，激光镜片可以做精密调节，可以使激光器获得最佳效果。即使是激光器运行了很长时间以后光腔发生一些变化，通过微调又可以使光腔达到最佳状态。
附图说明
图1玻璃管二氧化碳激光器结构示意图。
图2是图1中A-A玻璃管管口端面结构剖视图。
其中：(1)玻璃管管壳，(2)可调内法兰，(3)金属密封圈，(4)激光输出耦合镜或反射镜，(5)可调外法兰，(6)调节螺栓。
本实用新型采用了示意如图1的基本结构，其一端局部(图1中中虚线方框内的局部)放大的结构如图2。由于玻璃管激光器的两端是基本相同的，是装配光腔的两个镜片的地方。所不同的是：一端是反射镜，另一端是输出耦合镜。图2只表明了输出耦合镜的一端，另一端与此基本相同但在本说明书中具体阐述。在图2中，(1)是玻璃管壳；(2)是有调节螺孔的内法兰；(3)是金属密封圈；(4)激光输出耦合镜(在另一端则是反射镜)；(5)是带有水冷套或不带水冷套的外法兰，如果是功率比较高的激光管，外法兰可以通水冷却输出耦合镜或反射镜，功率低的激光器就不需要冷却镜片了；(6)是3个既连接内外两个法兰又起调节光腔作用的螺栓。
很明显，采用了上述结构后的密封是由金属密封圈(3)完成的，光腔的调节是通过内外法兰和调节螺栓的共同作用完成的。
本实用新型中的金属密封圈(3)也可以用聚四氟乙烯或优质的氟橡胶替代，效果也是比较好的，这时激光器的寿命可以达到5000小时。
具体实施方式
本实用新型在实施中，首先将可调内法兰套入管壳颈部，再烧结玻璃管壳管口台边，或将可调内法兰加工成两个活动连接的半圆即可。
金属密封圈采用的柔性材料主要有：铟、或铝、或金、或银、或铜、或锡、或铅等等，它们的合金也可以采用。具体使用时是采用其中一种金属或其合金做密封圈就能很好地进行密封了。
本实用新型的具体实施例子如下：一个1200mm的玻璃管激光器，放电管直径8mm，抽真空后充入CO2∶N2∶He的混合比例为1∶3∶5的混合气体为工作物质，气体压力为2.5kPa，触发电压22-25kV，放电工作电压15-18kV，放电电流20-30mA，光腔由曲率半径为3000mm的镀金全反射镜和输出透过率为30％的平面Ge镜组成，光腔镜片与管壳采用本实用新型的方式密封，密封后接通激光电源，在放电状态下将光腔调节到最佳状态，这样的激光器功率可以达到80W(比普通玻璃管激光器的功率高20％以上)，激光光束模式为基模，寿命可以达到10000小时。

Claims (5)

1、一种光腔可调节的二氧化碳激光器，它由玻璃管激光器管壳，可调节内、外法兰，金属密封圈、激光输出耦合镜、反射镜，调节螺栓组成，其特征在于：在玻璃管激光器管壳两端激光输出耦合镜和反射镜与玻璃管管口之间设置有金属密封圈，玻璃管管口设有外台边、并与可调内法兰内圆内台边适配，可调外法兰内圆台边与激光输出耦合镜和反射镜外圆边适配，可调节内、外法兰用调节螺栓固定。
2、按权利要求1所述的一种光腔可调节的二氧化碳激光器，其特征在于：可调节外法兰上布置有水冷套接口。
3、按权利要求1所述的一种光腔可调节的二氧化碳激光器，其特征在于：可调节内、外法兰上布置有3个调节螺栓孔，孔距按360°等分。
4、按权利要求1所述的一种光腔可调节的二氧化碳激光器，其特征在于：金属密封圈采用柔性金属材料。
5、按权利要求4所述的一种光腔可调节的二氧化碳激光器，其特征在于：所述密封圈也可以用聚四氟乙烯或橡胶。
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Assignor: Chen Qingming

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