專利名稱：一種用于高功率co的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于激光領(lǐng)域，主要用于高功率CO2激光系統(tǒng)。
高功率CO2激光輸出窗口是激光器成套設(shè)備中最關(guān)鍵的元件。沒有輸出窗口，就沒有激光器。激光輸出窗口(以下簡稱窗口)有兩個基本功能一是與反射鏡以及其它元件一起構(gòu)成激光諧振腔，由激光諧振腔產(chǎn)生激光振蕩而獲得激光輸出；二是隔離激光工作氣體(CO2激光的氣體是密封在激光器的外殼中)和大氣。目前，工業(yè)用的高功率CO2激光窗口所用的材料主要是砷化鎵(GaAs)晶體和硒化鋅(ZnSe)晶體，它們都十分昂貴，使用壽命通常不到1000小時，屬于易損件?，F(xiàn)在普通激光窗口的平均功率水平在5千瓦左右。10千瓦的激光窗口比較少見并且壽命很短，一般不超過500小時。功率水平的限制就導致了CO2激光的工業(yè)應用受到了極大的限制。目前，國內(nèi)外激光窗口的冷卻一般采用水冷方式。具體的做法是做一個冷卻裝置，用導熱較好的純銅做窗口支架，這個窗口支架上加工有激光輸出口(一般為圓形)和循環(huán)水冷卻通道，用恒溫的水來冷卻支架。窗口裝配在水冷支架上，圓周有一圈密封圈用于氣體密封，同時有一圈緊貼著支架，就是依賴這一圓環(huán)狀的區(qū)域的熱傳導將由于窗口吸收引起的熱量帶走，達到冷卻激光窗口的目的。一般說，激光窗口的圓環(huán)狀冷卻帶的面積約為窗口面積的十分之一到五分之一，因為窗口中心必須通過激光所以無法冷卻，因此窗口是中心溫度高、邊沿溫度低，最后是根據(jù)具體情況到達一個穩(wěn)定的溫度分布狀態(tài)。功率越高，中心溫度越高。邊沿溫度越高，中心溫度也越高。窗口的中心溫度和邊沿溫度總有一個溫度梯度。當中心溫度到達足以引起破壞或者炸裂時，窗口就會報廢。根據(jù)目前的統(tǒng)計結(jié)果，無論是多么優(yōu)質(zhì)的窗口材料，這種冷卻方式的實用化窗口，功率水平只能在5千瓦左右，壽命不超過1000小時；10千瓦的激光窗口比較少見并且壽命很短，一般不超過500小時；目前這樣的激光窗口的價格約為500到800美圓，實際成本是比較高的。由此可見，目前的窗口冷卻裝置的主要缺點是使用功率水平低，壽命短，成本高。
針對原有冷卻裝置的上述缺點，本實用新型的目的是提供一種高功率CO2激光輸出窗口的冷卻裝置，這是一種用循環(huán)水冷卻窗口邊沿圓環(huán)和渦漩氣流冷卻窗口中心相結(jié)合的窗口冷卻裝置。其承受的最大激光功率水平可以達到20千瓦，在10千瓦功率水平的使用壽命達到2000小時。
1、為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用了以下的設(shè)計方案結(jié)構(gòu)。這種激光窗口冷卻裝置，它至少包括激光窗口、窗口冷卻支架、循環(huán)水套、旋流氣體冷卻組件、宮型彈簧、密封圈、壓緊法蘭組成，其激光窗口布置在窗口冷卻支架內(nèi)圓的臺階上，在激光窗口圓周嵌設(shè)有密封圈和壓緊墊圈，旋流氣體冷卻組件的外圈與激光窗口周邊貼合，并用壓緊法蘭固定；在旋流氣體冷卻組件的上端面布置有宮型彈簧，并用壓緊法蘭固定；所述的旋流氣體冷卻組件的上端面內(nèi)圈上打有出氣小孔，其孔徑在0.2至1mm之間；所述旋流氣體冷卻組件上端面布置的宮型彈簧，其沿圓周面設(shè)有緩沖變形的長槽；所述的窗口冷卻支架下端外圓設(shè)有沿支架的環(huán)形循環(huán)水套，其一端為進水端，另一端為出水端。
下面進一步用
本實用新型的結(jié)構(gòu)附圖1是本實用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2是附圖1中旋流氣體冷卻組件結(jié)構(gòu)示意圖。
其圖1中(1)為激光窗口，其材料為砷化鎵(GaAs)晶體或者硒化鋅(ZnSe)晶體；(2)為窗口冷卻支架，其材料為紫銅，主要要求是導熱好，在冷卻支架上加工了循環(huán)水通道；(3)為循環(huán)水套；(4)、(5)分別為進、出循環(huán)水管；(6)為密封圈，這是標準的工業(yè)橡皮密封圈；(7)為壓緊密封圈的墊圈；(8)為壓緊密封圈的帶螺紋的法蘭，(6)、(7)、(8)是解決窗口與激光器的密封問題起到隔離激光氣體與大氣的作用，此外大氣壓力又使窗口的外圈緊貼冷卻支架而傳導由窗口吸收激光而產(chǎn)生的熱量；(9)是旋流氣體冷卻組件，其具體結(jié)構(gòu)如附圖2所示；(10)是緊靠旋流氣體冷卻組件的宮型彈簧；(11)是壓緊旋流氣體冷卻組件的帶螺紋的法蘭，(9)、(10)、(11)從結(jié)構(gòu)上保證了旋流氣體冷卻組件一方面起到傳導窗口上一部分熱量的作用，更重要另一方面是通過旋流氣體冷卻窗口的中心部位，此外有彈簧存在就可以釋放由于窗口熱膨脹引起的應力而防止窗口炸裂。圖2中(12)是旋流氣體冷卻外圈，材料為紫銅；(13)是進氣管；(14)是旋流氣體冷卻內(nèi)圈，在內(nèi)圈上打有多個出氣小孔，孔的直徑在0.2到1毫米之間，孔的方向是既在軸向有一定的傾斜角度，又在切向有一定的傾斜角度，這樣氣體就既吹向中心又能產(chǎn)生氣流旋轉(zhuǎn)后從中心處流出，最終將窗口上的熱量帶走使窗口的溫度降低并維持溫度均勻?？傊@樣的冷卻裝置一方面用循環(huán)水冷卻窗口邊沿圓環(huán)有效地將窗口邊沿冷卻、另一方面用渦漩氣流冷卻窗口中心將窗口中心的溫度降低并維持溫度均勻，達到高效率冷卻窗口、提高窗口的激光功率承受水平、避免在不太高的功率水平破壞、提高窗口壽命的目的。
本實用新型的優(yōu)越性在于，高效率冷卻激光窗口，激光窗口的承受功率水平高、壽命長，實際上大幅度地降低了使用成本。
本實用新型的一個應用實例如下使用直徑60毫米的砷化鎵(GaAs)窗口，透過率為36％，窗口鍍膜后的總體吸收率不超過1.5％，邊沿循環(huán)水冷卻圓環(huán)的寬度為6毫米，激光窗口的通光口直徑為48毫米，產(chǎn)生渦旋氣流的氣體壓力為0.5公斤/平方厘米，這樣的冷卻裝置的成本只在原來的基礎(chǔ)上增加了不到20美圓，但承受激光的功率是原來的2倍以上(10千瓦到20千瓦)、窗口的使用壽命是原來的4倍(2000小時)以上。
權(quán)利要求1.一種用于高功率CO2激光輸出窗口的冷卻裝置，它至少包括激光窗口、窗口冷卻支架、循環(huán)水套、旋流氣體冷卻組件、宮型彈簧、密封圈、壓緊法蘭組成，其特征在于激光窗口布置在窗口冷卻支架內(nèi)圓的臺階上，在激光窗口圓周嵌設(shè)有密封圈和壓緊墊圈，旋流氣體冷卻組件的外圈與激光窗口周邊貼合，并用壓緊法蘭固定；在旋流氣體冷卻組件的上端面布置有宮型彈簧，并用壓緊法蘭固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高功率CO2激光輸出窗口的冷卻裝置，其特征在于所述的旋流氣體冷卻組件的上端面內(nèi)圈上打有出氣小孔，其孔徑在0.2至1mm之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高功率CO2激光輸出窗口的冷卻裝置，其特征在于所述旋流氣體冷卻組件上端面布置的宮型彈簧，其沿圓周面設(shè)有緩沖變形的長槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高功率CO2激光輸出窗口的冷卻裝置，其特征在于所述的窗口冷卻支架下端外圓設(shè)有沿支架的環(huán)形循環(huán)水套，其一端為進水端，另一端為出水端。
專利摘要一種用于高功率CO
文檔編號H01S3/041GK2469589SQ0121259
公開日2002年1月2日 申請日期2001年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月28日
發(fā)明者陳清明 申請人:陳清明