CN211063039U - 一种整体式折射镜绝缘冷却结构及折叠式二氧化碳激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种整体式折射镜绝缘冷却结构及折叠式二氧化碳激光器，其中整体式折射镜绝缘冷却结构包括陶瓷材料整体成型制造的冷却本体；冷却本体一侧的表面成型有容置凹腔，容置凹腔底壁的两侧对称的成型有两个热交换面，两个热交换面互成90°布置；冷却本体另一侧的内部成型有冷却腔，热交换面与冷却腔的内壁之间成型有隔断层，冷却本体表面设置有均与冷却腔连通的冷却液进口和冷却液出口。其中折叠式二氧化碳激光器包括储气罐、折叠放置的至少两个放电管和使放电管串接的光路折射装置，光路折射装置均配置与上述的整体式折射镜绝缘冷却结构。本实用新型结构简单、设计合理，不但制造简单、可靠耐用，还能够有效的提高散热效率和冷却效果。

Description

一种整体式折射镜绝缘冷却结构及折叠式二氧化碳激光器

技术领域

本实用新型涉及激光器领域，特别涉及一种整体式折射镜绝缘冷却结构及折叠式二氧化碳激光器。

背景技术

二氧化碳激光由于具有功率大、转换效率高、光学质量高、相干性好等优点，被广泛的应用在材料加工、医疗辅助、军事武器、环境测量等领域。产生二氧化碳激光的装置是二氧化碳激光器。二氧化碳激光器是分子气体激光器，它是通过分子能级间的跃迁产生激发振荡的一种激光器。

按照封装方式分类，二氧化碳激光器可分为流动型和封离型两种，目前的封离型二氧化碳激光器通常包括激光管外壳、储气室、放电管、套设在放电管外部的水冷套、设置在放电管两端的电极、以及设置在激光管外壳两端的谐振腔尾部反射镜和谐振腔出光透镜。在工作时，需要在放电管电极上施加高压，放电管中气体分子经过一系列复杂过程发生能级跃迁，激发出某些固定波长的激光，经谐振腔尾部反射镜和谐振腔出光透镜反射后形成激光束，从输出镜片中射出。

静态直流高压放电的管状二氧化碳激光器要获得数百瓦或以上的激光输出功率，则需要相当的谐振腔长度，为使谐振腔的长度满足空间放置需求，目前普遍采用的方法是用折叠放电管来获得所需要的长度。折射改向结构是折叠式二氧化碳激光器常用的一种结构，该结构的工作原理是将输入镜输入的激光通过光路折射装置使激光在一个方向上翻覆进行多次折射后再输出，在有限的距离内可以增加光路的的行程，从而增加了工作功率。该光路折射装置通常包括两个互成90°安装的折射镜，通过两个折射镜将从一个放电管入射的激光进行两次90°的折射后再通过另一个放电管返回，以此类推，使激光在多个放电管内依次通过，从而增加了谐振腔的长度。

但是，现有技术中，由于激光器的长时间使用，折射镜上发热比较严重，折射镜由于进行高功率激光的折射工作，在使用过程中有高压电泄漏的风险，影响使用过程的安全性。

针对这一问题，公告号为CN206878305U的中国实用新型专利公开了一种集成折射镜绝缘冷却结构的多管二氧化碳激光器，其具体公开了在折射镜上安装绝缘冷却结构，并通过水冷贴片为绝缘冷却结构降温，从而通过绝缘冷却结构为折射镜降温。

但是，这种结构下，折射镜片通过绝缘冷却结构向水冷贴片进行热传导的效率较低，且水冷贴片的水流量受限制较大，难以通过高流量高压力的冷却水，不利于快速高效的对折射镜进行降温冷却。并且，这种绝缘冷却结构较为复杂，其安装和维护较为复杂，需要进行较多的安装拆分操作，给维护工作带来较大的负担。

实用新型内容

针对现有技术存在的折叠式二氧化碳激光器的折射镜冷却速度慢且冷却效果不好、以及结构较为复杂的问题，本实用新型的目的在于提供一种整体式折射镜绝缘冷却结构。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种整体式折射镜绝缘冷却结构，包括陶瓷材料整体成型制造的冷却本体；所述冷却本体一侧的表面成型有容置凹腔，所述容置凹腔底壁的两侧对称的成型有两个热交换面，两个所述热交换面互成90°布置；所述冷却本体另一侧的内部成型有冷却腔，所述热交换面与所述冷却腔的内壁之间成型有隔断层，所述冷却本体表面设置有与所述冷却腔连通的冷却液进口和冷却液出口。

作为对本实用新型作出的进一步限定，所述隔断层的壁厚在1-3mm。

作为对本实用新型作出的进一步限定，所述冷却液进口和所述冷却液出口分别正对着两个所述热交换面。

作为对本实用新型作出的进一步限定，所述冷却液进口和所述冷却液出口上均安装有管接头。

本实用新型还公开了一种折叠式二氧化碳激光器，包括至少两个折叠放置的放电管，所述放电管通过光路折叠装置串接，所述光路折叠装置包括壳体，所述壳体一侧与所述放电管连通、另一侧安装有两个互成90°且对称布置的折射镜，所述光路折叠装置均配置有上述的整体式折射镜绝缘冷却结构，所述光路折叠装置的壳体嵌装在所述整体式折射镜绝缘冷却结构的容置凹槽内，所述折射镜与所述热交换面触接。

作为对本实用新型作出的进一步限定，所述光路折叠装置的壳体通过弹性卡扣或者粘胶与所述容置凹槽连接。

采用上述技术方案，首先由于冷却本体上的容置凹腔以及容置凹腔上热交换面的设置，使得待冷却的折射镜，其发出的热量能够通过热交换面传递给冷却本体；其次又由于冷却本体内的冷却腔、连通在冷却腔上的冷却液进口和冷却液出口以及隔在冷却腔和热交换面之间的隔断层的设置，使得折射镜发出的热量能够通过通过隔断层传递给冷却腔内的冷却液，并由冷却液带走；最后由于陶瓷材料制造的冷却本体的设置，一方面使得冷却腔具有更高的抗压能力，保证冷却液能够以更高的流速和压力流通，另一方面也使得折射镜发出的热量能够高效且快速的向冷却腔传递，保证散热速度和效率；另外一体成型制造的冷却本体的设置，使得本实用新型的整体式折射镜绝缘冷却结构具有更加简单的结构，方便拆卸维护和使用。

附图说明

图1为本实用新型一种整体式折射镜绝缘冷却结构的主视图

图2为沿图1中A-A线的剖视图；

图3为本实用新型一种折叠式二氧化碳激光器的局部示意图。

图中:1-冷却本体、2-容置凹腔、3-折射镜、4-热交换面、5-冷却腔、6-隔断层、7-冷却液进口、8-冷却液出口、9-储气罐、10-放电管、11-壳体、12-管接头。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1及图2所示，本实用新型公开一种整体式折射镜绝缘冷却结构，其通常用于折叠式二氧化碳激光器中折射镜的冷却，具体包括由陶瓷材料、以整体成型方式制造的冷却本体1；该冷却本体1一侧(左侧)的表面成型有向内凹陷的容置凹腔2，该容置凹腔2用于收纳折射镜3。

通常，折叠式二氧化碳激光器中的折射镜3成对设置，且两个折射镜3互成90°安装。每个折射镜3均与激光传导方向呈45°夹角，从而保证激光入射后，折射镜3对激光进行折射90°，经过两次折射后，激光传导方向则调转180°，作为现有技术，本实施例不再对此进行赘述。

相应的，本实施例中，容置凹槽2底壁的两侧(上侧和下侧)对称的成型有两个热交换面4，两个热交换面4互成90°布置，从而保证两个热交换面4能够更好的与上述成对设置的两个折射镜3贴合触接，即，两个热交换面4在使用时也与激光入射方向成45°夹角。

冷却本体1另一侧(右侧)的内部成型有冷却腔5，一方面，上述的热交换面4与冷却腔5的内壁之间成型有隔断层6，热量通过该隔断层6从热交换面4一侧向冷却腔5一侧传递；另一方面，冷却本体1另一侧(右侧)的表面设置有均与上述的冷却腔5连通的冷却液进口7和冷却液出口8。

冷却液进口7和冷却液出口8分别正对着上述的两个热交换面4。本实施例中，冷却液进口7设置在冷却本体1的下侧，与置凹槽2底壁的下侧位置的热交换面4正对，此处正对指的是，两者都位于一条平行于激光入射方向的直线上；同样的，冷却液出口8与另一个热交换面4也是如此。

本实施例中，为了使热量从热交换面4一侧向冷却腔5一侧传递更加均匀和高效，设置隔断层6的壁厚各处相等，且厚度具体在1-3mm。具体在本实施例中，设置冷却本体1为包括一个凹腔和一个内腔的壳状结构，壳厚即为1-3mm。

本实施例中，冷却液进口7和冷却液出口8均通过螺纹连接有管接头12，输送冷却液的管路通过管接头12连接到冷却本体1上。

本实用新型还公开了一种折叠式二氧化碳激光器，如图3所示，包括储气罐9和至少两个折叠放置的放电管10，放电管10放置在储气罐9内，但通常放电管10的两端延伸至储气罐9外部，放电管10位于储气罐9内的部分，其外壁套装有用于冷却的水冷管(图中未示出)；而放电管10伸出储气罐9外部的端部通常通过光路折叠装置串接，从而使多个放电管10构成一条连续的谐振腔。

通常，光路折叠装置包括壳体11，该壳体11的一侧与放电管10连通，用于使激光入射和射出；而该壳体另一侧安装有两个互成90°且对称布置的折射镜3，用于使入射的激光折射180°后射入另一个放电管10。

且每个光路折叠装置均配置有上述的整体式折射镜绝缘冷却结构，具体的，是将光路折叠装置的壳体11嵌装在整体式折射镜绝缘冷却结构的容置凹槽2内，并使折射镜3触贴在热交换面4上。

本实施例中，光路折叠装置的壳体11通过弹性卡扣或者粘胶与整体式折射镜绝缘冷却结构的容置凹槽2连接。

由于，通常情况下，光路折叠装置的壳体11呈等腰梯形状，其长底连接放电管10，其两个斜边用于安装折射镜3；故而，作为为其提供冷却的整体式折射镜绝缘冷却结构，其用于容纳壳体11的容置凹槽2的形状自然优选与其相适配，且更优选的是设置冷却腔5的形状适宜于使各处的流道宽度相同或者相近，从而保证冷却液不会在内部积存。

使用时，首先将冷却本体1左侧的容置凹腔2套设在壳体11上，使折射镜3触贴在热交换面4上后，通过弹性卡扣或者粘胶将两者固定连接在一起；再将输送冷却液的管路以及回流冷却液的管路分别通过管接头12连接到冷却液进口7和冷却液出口8上，并通过外接的冷却系统构成循环回路；当折叠式二氧化碳激光器工作后，激光束在折射镜3上折射引起的发热量，首先通过折射镜3传递给与其接触的热交换面4，热交换面4通过隔断层6将热量传递给在冷却腔5内流动的冷却液，并由冷却液将热量带走，从而有效的降低了折射镜3上的温度。且陶瓷材料的冷却本体1不但具有高导热系数、高耐压性能，还具有良好的绝缘性。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种整体式折射镜绝缘冷却结构，其特征在于：包括由陶瓷材料整体成型制造的冷却本体；所述冷却本体一侧的表面成型有容置凹腔，所述容置凹腔底壁的两侧对称的成型有两个热交换面，两个所述热交换面互成90°布置；所述冷却本体另一侧的内部成型有冷却腔，所述热交换面与所述冷却腔的内壁之间成型有隔断层，所述冷却本体表面设置有与所述冷却腔连通的冷却液进口和冷却液出口。

2.根据权利要求1所述的整体式折射镜绝缘冷却结构，其特征在于：所述隔断层的壁厚在1-3mm。

3.根据权利要求1所述的整体式折射镜绝缘冷却结构，其特征在于：所述冷却液进口和所述冷却液出口分别正对着两个所述热交换面。

4.根据权利要求1所述的整体式折射镜绝缘冷却结构，其特征在于：所述冷却液进口和所述冷却液出口上均安装有管接头。

5.一种折叠式二氧化碳激光器，包括至少两个折叠放置的放电管，所述放电管通过光路折叠装置串接，所述光路折叠装置包括壳体，所述壳体一侧与所述放电管连通、另一侧安装有两个互成90°且对称布置的折射镜，其特征在于：所述光路折叠装置均配置有如权利要求1-4任一项所述的整体式折射镜绝缘冷却结构，所述光路折叠装置的壳体嵌装在所述整体式折射镜绝缘冷却结构的容置凹槽内，所述折射镜与所述热交换面触接。

6.根据权利要求5所述的折叠式二氧化碳激光器，其特征在于：所述光路折叠装置的壳体通过弹性卡扣或者粘胶与所述容置凹槽连接。

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