CN201426004Y - 一种大功率二氧化碳激光器谐振腔 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大功率二氧化碳激光器谐振腔，所述的殷钢管设置在前端板和后端板之间，放电管之间通过阴电极、阳极座连接，若干放电管构成一组放电腔，其中第一组放电腔的一个端部设有前镜，最后一组放电腔的一个端部设有尾镜，其余放电腔的端部设有折返镜。本实用新型将储气筒安装在谐振腔内部可以代替原来1000～2500瓦激光器的储气功能，并且做为支撑放电管的固定座，代替原来谐振腔内悬挂放电管的合金管，使结构更加紧凑；既适用于更大功率的激光器，又能使新设计的机型结构减小，外观整洁美观；采取三折或更多折放电腔，在增加功率的同时，减小了机箱的尺寸。

Description

一种大功率二氧化碳激光器谐振腔

技术领域

本实用新型涉及一种适用于激光器的谐振腔，尤其是一种大功率二氧化碳激光器谐振腔。

背景技术

谐振腔是大功率二氧化碳激光器不可或缺的重要组成部分，谐振腔的作用是产生激光，选择频率一定、方向一致的光波作最优先的放大，光波在谐振腔中来回反射从而提供光能反馈，形成传播方向一致、频率和相位相同的强光束，也就是激光，通过部分透射反射镜把激光部分引出腔外，成为可利用的激光，反射部分激光留在腔内继续增殖光子。简单来说谐振腔的作用就是产生激光、放大激光、输出激光。利用二氧化碳激光的原理，其输出功率取决于放电管的长度和截面尺寸，1米长的放电管的功率在1100至1500瓦之间，功率要达到3000至4000瓦时，放电管的长度就需成倍加长，安装场所的占地面积需要相应加大，这就造成了很大的不便，限制了激光器的应用。

发明内容

发明目的：本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构紧凑，体积较小的大功率二氧化碳激光器谐振腔。

技术方案：一种大功率二氧化碳激光器谐振腔，包括前端板、后端板、殷钢管、放电管、阴电极、储气筒、前镜、尾镜、折返镜和阳极座，所述的殷钢管设置在前端板和后端板之间，放电管之间通过阴电极、阳极座连接，若干放电管构成一组放电腔，其中第一组放电腔的一个端部设有前镜，最后一组放电腔的一个端部设有尾镜，其余放电腔的端部设有折返镜。

其中，放电管的直径为18～30mm，长度为230mm～260mm，均根据大功率二氧化碳气体激光原理经过试验得出的数据。

其中，前镜的曲率半径为20-30m，透射率为60％；尾镜的曲率半径为20-30m，透射率为5千分之五。

其中，所述的储气筒的一端安装在前端板上，另一端安装在后端板上，所述的储气筒上设有支承座，安装阴电极的支撑板固定在支承座上；所述的储气筒的横截面为空心圆筒体，储气筒安装在谐振腔内，使结构更加紧凑，同时将原有的横截面为方形的储气筒，改为圆形横截面的空心圆筒体，减小了谐振腔体积，使激光器结构紧凑，设计美观；所述的支撑板由环氧树脂制成，可以耐高电压，其价格便宜。

其中，所述殷钢管的水平度小于0.05mm，放电腔组和前镜、尾镜、折反镜的水平度小于0.15mm，如果放置倾斜，则会影响激光器的效果。

本实用新型的工作气体为二氧化碳、氮气和氦气，工作时，将三种工作气体按照比例输入放电管内，在阴电极上加上高电压，电子与工作气体作用产生激光流。当激光流不足以达到发射出去的功率时，激光流在三组放电腔之间来回传输、聚集，经过全反射的折返镜和部分反射的尾镜改变方向后汇集，在聚集到足以发射出去的功率之后，经过前镜发射出去。

有益效果：(1)本实用新型将储气筒安装在谐振腔内部，同时用作两个功能：一是代替原来1000～2500瓦激光器的储气功能，另一个是做为支撑放电管的固定座，代替原来谐振腔内悬挂放电管的合金管，使结构更加紧凑。(2)本实用新型既适用于更大功率的激光器，如3000～4000瓦，又能使新设计的机型结构减小，外观整洁美观。(3)采取三折或更多折放电腔，在增加功率的同时，减小了机箱的尺寸。

附图说明

图1为实用新型的结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为本实用新型使用在大功率二氧化碳激光器中的结构示意图。

图4为阴电极与支撑板、支承座连接处的示意图。

图5为阳极座与支撑板、支承座连接处的示意图。

具体实施方式：

如图1、2和3所示，本实用新型的大功率二氧化碳激光器谐振腔，包括前端板1、后端板2、殷钢管3、放电管4、阴电极5、回气管6、储气筒7、前镜8、尾镜9、折返镜10、支承座11和支撑板12。殷钢管3的一端与前端板1螺栓固定连接，殷钢管3的另一端与后端板2螺栓固定连接。所述的殷钢管3包括四根，其中前端板1和后端板2互相平行设置，四根殷钢管3互相平行设置，即四根殷钢管3与前端板1、后端板2构成一个长方体空间，该殷钢管3的水平度小于0.05mm。

所述的放电管4之间连接有筒状的阴电极5，阴电极5安装在环氧树脂制成的支撑板12上。放电管4的直径为18～30mm，长度为230mm～260mm。放电管4的直径和长度决定着激光器的功率，本实用新型的数据是根据试验在现有激光器放电管的数据上得出。如图4所示，支撑板12包括一竖直板和一底板，竖直板固定在底板上，竖直板上设有安装孔，阴电极5放置在安装孔内，并用螺栓固定在支撑板12的竖直板上。支撑板12固定在支承座11上，支承座11包括一个与储气筒7的表面形状适配的弧形件，以及固定在弧形件上的两个的支撑件，所述的支撑件上固定着支撑板12的底板。每个支承座11上可安装若干个支撑板12，如实施例所示的三组放电腔，在每个支承座11上安装有三个支撑板12。所述的支撑板12由环氧树脂制成，环氧树脂的绝缘性能高，阴极对阳极(大地)的工作电压为20KV，耐压要大于200V/mm，所以支撑板12的高度为100mm。

所述的储气筒7的一端安装在前端板1上，另一端安装在后端板2上，储气筒7位于殷钢管3与前后端板构成的长方体状空间内。支承座11的弧形件固定在所述的储气筒7上。所述的储气筒7的横截面为空心圆筒体，代替现有方形横截面的筒体，使结构更加紧凑。储气筒7通过波纹管14与放电管4连通，通过波纹管14将工作气体充到各个放电管4内。

图示以3000瓦的二氧化碳激光器为例，设置了三组放电腔，每组放电腔包括四根放电管4、四个阴电极5、四个阳极座13、两根回气管6和安装阴电极及阳极座的支撑板12。

第一根放电管4的右端通过第一个阳极座13安装在前端板1上，左端上安装有第一个阴电极5；第二根放电管4的右端安装有第二个阴电极5，左端安装有第二个阳极座13；第三根放电管4的右端安装有第三个阳极座13，左端安装有第三个阴电极5；第四根放电管4的右端安装有第四个阴电极4，左端通过第四个阳极座13安装在后端板2上。其中，在第一根和第二根放电管之间、第三根和第四根放电管之间各设有一根回电管6。三组放电腔的六根回电管6互相连通，形成回气管路，回气管路与出气热交换器连接，放电腔内的高温气体不断的经回气管排出，经由出气热交换器降温后，由罗茨泵泵入进气热交换器，然后输入到储气筒7内，通过波纹管14输送给各个放电管4。

如图5所示为第二根放电管和第三根放电管之间的阳极座13的安装示意图，支撑板12固定在支承座11上，支撑板12的竖直板上设有安装孔，阳极座13放置在安装孔内，并用螺栓固定在支撑板12的竖直板上。

实施例所示的三组放电腔共安装了四个折返镜10、一个前镜8和一个尾镜9。第一组放电腔位于前端板1上的前端部设有前镜8，前镜8与前端板1平行，第一组放电腔位于后端板2上的后端部设有一个折返镜10；第二组放电腔位于后端板2的后端部设有第二个折返镜10，该折返镜10与第一组放电腔的后端部的折返镜10的法线垂直，第二组放电腔位于前端板1上的前端部上设有第三个折返镜10；第三组放电腔位于前端板1的前端部设有第四个折返镜10，该折返镜10与第二组放电腔的前端部上的第三个折返镜10的法线垂直，第三组放电腔位于后端板2上的后端部设有尾镜9，尾镜9与后端板2平行。

实施例所示为三组放电腔，很容易可以推知，可以根据实际的功率需要设置成四组甚至五组或更多组放电腔，这样就可以在满足大功率的同时，缩短谐振腔的体积，减小了整个设备的占地面积。

各个放电管4和前镜8、尾镜9、折返镜10的水平度小于0.15mm。

以3000瓦的二氧化碳激光器为例，其中，每根放电管的直径为25mm，长度为250mm。殷钢管的长度是根据四根放电管、两根回气管以及接头部分的阳极座和阴极座的长度来决定，设计为1580mm。四根殷钢管、前端板和后端板组成一个基本框架。三路放电管、回气管、阳极座、阴极座、镜座、镜片、涡轮泵、热交换器、进气阀和抽气阀共同组成一个气体可循环的封闭腔。首先，打开电源，按下抽真空钮，开始抽真空，这时进气阀关闭，抽为真空后充入C02:N2:He的混合工作气体，三种气体减压阀调为：0.7-0.8，1.2-1.3，2.4-2.6；三种气体流量阀调为7.3-7.9，2.9-3.1，4.6-4.9；气体压力为8KPa，放电管工作电压为18-20KV，单根放电管放电电流最大为80mA，由于为串联方式，所以12根放电管的电流均为80mA。光腔由曲率半径为20000mm、反射率为99.5％的反射镜，即尾镜；曲率半径为25000mm、反射率为65％的输出镜，即前镜；以及4块全反折返镜，即折返镜组成。接通激光电源，在放电状态下将光腔调到最佳状态时：

a)激光额定输出功率    ≥3000瓦；

b)激光最大输出功率    ≥3200瓦；

c)增强脉冲峰值功率    ≥7000瓦；

d)连续波功率稳定度    ≤±1；

e)增强脉冲功率稳定度  ≤±1；

f)光束直径(mm)        16±1；

g)光束模式            TEM_00-01；

h)光束发散角(mrad)    ≤1.5。

本实用新型的激光谐振腔可以达到以上指标，同时结构紧凑，各部件排列整齐美观，整台激光器的体积小，实用性好，稳定性高。

Claims (9)

1、一种大功率二氧化碳激光器谐振腔，其特征是：包括前端板(1)、后端板(2)殷钢管(3)、放电管(4)、阴电极(5)、储气筒(7)、前镜(8)、尾镜(9)、折返镜(10)和阳极座(13)，所述的殷钢管(3)设置在前端板(1)和后端板(2)之间，放电管(4)之间通过阴电极(5)、阳极座(13)连接，若干放电管(4)构成一组放电腔，其中第一组放电腔的一个端部设有前镜(8)，最后一组放电腔的一个端部设有尾镜(9)，其余放电腔的端部设有折返镜(10)。

2、根据权利要求1所述的大功率二氧化碳激光器谐振腔，其特征是：放电管(4)的直径为18～30mm，长度为230mm～260mm。

3、根据权利要求1所述的大功率二氧化碳激光器谐振腔，其特征是：前镜(8)的曲率半径为20-30m，透射率为60％。

4、根据权利要求1所述的大功率二氧化碳激光器谐振腔，其特征是：尾镜(9)的曲率半径为20-30m，透射率为千分之五。

5、根据权利要求1所述的大功率二氧化碳激光器谐振腔，其特征是：所述的储气筒(7)的一端安装在前端板(1)上，另一端安装在后端板(2)上，所述的储气筒(7)上设有支承座(11)，安装阴电极(5)的支撑板(12)固定在支承座(11)上。

6、根据权利要求1或5所述的大功率二氧化碳激光器谐振腔，其特征是：所述的储气筒(7)的横截面为空心圆筒体。

8、根据权利要求5所述的大功率二氧化碳激光器谐振腔，其特征是：所述的支撑板(12)由环氧树脂制成。

9、根据权利要求1所述的大功率二氧化碳激光器谐振腔，其特征是：所述殷钢管(3)的水平度小于0.05mm。

10、根据权利要求1所述的大功率二氧化碳激光器谐振腔，其特征是：放电腔组和前镜(8)、尾镜(9)、折反镜(10)的水平度小于0.15mm。

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