專利名稱：寬條陽極的管板式放電電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型與橫流放電型氣體激光器有關(guān)，特別是一種適用于切割、焊接用的橫流CO2激光器的寬條陽極的管板式放電電極。
背景技術(shù)：
橫流氣體CO2激光器中直流氣體放電電極結(jié)構(gòu)，一般采用針板電極結(jié)構(gòu)和管板電極結(jié)構(gòu)，比較簡單、實用。目前的管板電極結(jié)構(gòu)，見附圖1所述，水冷陰極管2置于陽極1的上方，氣流的上游位置，在水冷陰極管2的底部上游排列一排預放電針組3，每根針對應一塊陽極塊，陽極塊沿氣流方向為長條平板金屬塊，陽極塊1沿水冷陰極管2方向列陣排列組成陽極1，陽極塊之間間距為d。這種管板式電極結(jié)構(gòu)存在以下缺點1、在有限的腔長內(nèi)，由于陽極塊1間距d與陽極塊寬度之比占的比例較大，實際有效放電長度利用率較低，限制了激光功率的輸出。
2、板電極放電均勻性取決于預電離分布，由于是單針尖端預放電，加上陽極塊間隔，在陽極表面沿陰極方向上放電電流密度分布不均勻度是很大的。
3、于電流密度分布不均，隨著注入電功率增加，放電很容易過渡到弧光，限制了工作氣壓和體電功率密度的增加。
4、于陽極塊沿氣流方向是長條的，造成沿氣流方向放電截面較大，這對于選模激光器來說模體積利用率太低。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種寬條陽極的管板式放電電極，以適用于我國生產(chǎn)的橫流CO2激光器，提高腔內(nèi)有效放電長度和單位體積的注入電功率，提高腔內(nèi)介質(zhì)增益，改善放電均勻性和穩(wěn)定性。
本實用新型的技術(shù)解決方案如下一種寬條陽極的管板式放電電極，由陽極、水冷陰極管和預放電針組所組成，所述的陽極是由若干塊金屬的陽極塊沿水冷陰極管方向排列而成，且平行于水冷陰極管，陽極塊之間的間隔為d，在水冷陰極管的上游，排列有對應于陽極塊的預放電針組，其特征在于所述陽極塊的長邊平行于水冷陰極管，而短邊沿氣流方向，陽極塊通過水冷管間接冷卻。
所述的預放電針組的金屬針位于氣流上游方向、順陽極塊長度方向、等間隔排列在水冷陰極管的底部，金屬針的間距為2～5mm。
本實用新型寬條陽極的管板式放電電極，經(jīng)試用證明特別適用于切割焊接用橫流CO2激光器，可充分利用模體積與放電區(qū)匹配，可提高電光轉(zhuǎn)換效率。


圖1是已有技術(shù)的管板式放電電極結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實用新型的寬條陽極的管板式放電電極結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本實用新型的寬條陽極的管板式放電電極的電路示意圖。
具體實施方式
先請參閱圖2和圖3，本實用新型的寬條陽極的管板式放電電極是寬條陽極塊排列而成的陽極1、水冷陰極管2和一排預放電針組3所組成。
所述的陽極1是由若干塊寬條陽極塊沿水冷陰極管方向排列組成，陽極塊間距為d。每個陽極塊是一長條平面金屬塊，其長邊平行于水冷陰極管2，短邊與氣流方向一致，在陽極塊背面由水冷管4間接冷卻。
所述的陽極塊長邊的長度原則上可很長。但是由于氣體負阻特性，陽極塊的穩(wěn)定輝光放電需要串入一限流電阻，限流電阻功率為P＝(σa×l×w)2R式中σa為陽極塊輝光放電最大電流密度(A/cm2)，l和w分別為陽極塊的長度和寬度，R為限流電阻阻值(Ω)。因此陽極塊長度需要適當選擇。
所述的水冷陰極管2是一根通水冷卻的金屬管，其位于陽極1的上方，氣流的上游位置且平行于陽極1。
所述的預放電針組3是由一排金屬針沿水冷陰極管陰極管排列而成，其位置在水冷陰極管2的上游與水冷陰極管2底部相切，針尖離水冷陰極管2距離為dp。預放電針對應陽極塊均布，針密有利于放電均勻性和穩(wěn)定性，其間隔一般取8～10mm為好。
本實用新型與已有技術(shù)的管板電極結(jié)構(gòu)比較有下列優(yōu)點1、在相同的電極長度內(nèi)，本實用新型的有效放電長度(增益長度)——指在水冷陰極管2方向上陽極塊表面的長度，獲得較大提高，增加倍數(shù)為n＝(l1+d)l/(l+d)l1這里l是本實用新型陽極塊長度，l1為原電極結(jié)構(gòu)陽極塊沿水冷陰極管2方向長度，d為陽極塊間隔。
2、由于多針強預電離，在陽極板上的放電均勻性獲得提高，隨著放電電流增大，放電可充滿整個陽極1表面，而且穩(wěn)定輝光放電下的輸入電功率密度也成倍提高。
3、陽極寬度可根據(jù)激光需要確定，作為基模振蕩或低階模振蕩，陽極1寬度稍大于光斑尺寸，這樣放電區(qū)與模體積很好匹配，提高光電轉(zhuǎn)換效率。
本實用新型在HJ橫流CO2激光器上進行了試驗，具體參數(shù)如下黃銅陽極塊尺寸為40×20mm，間距為4mm，共計25塊，水冷陰極管2直徑為ф8mm水冷銅管，水冷陰極管2底部到陽極1的高度為20mm，每塊陽極塊對應預放電針4根，針與針間距10mm。在激光器內(nèi)充入80×133.3Pa的CO2+N2+He混合氣體，氣體比例為CO2∶N2∶He＝1∶8∶11，流過放電區(qū)的氣體流速為30～50M/S可調(diào)。流過每塊陽極塊的電流平均為300mA，最大放電電流密度可達38mA/cm2，是原管板電極的2倍。我們并進行了激光試驗，效果很好。
權(quán)利要求1.一種寬條陽極的管板式放電電極，由陽極(1)、水冷陰極管(2)和預放電針組(3)所組成，所述的陽極(1)是由若干塊金屬的陽極塊沿水冷陰極管(2)方向排列而成，且平行于水冷陰極管(2)，陽極塊之間的間隔為d，在水冷陰極管(2)的上游，排列有對應于陽極塊的預放電針組(3)，其特征在于所述陽極塊的長邊平行于水冷陰極管(2)，而短邊沿氣流方向，陽極塊通過水冷管(4)間接冷卻。
2.根據(jù)照權(quán)利要求1所述的寬條陽極的管板式放電電極，其特征在于所述的預放電針組(3)的金屬針位于氣流上游方向、順陽極塊長度方向、等間隔排列在水冷陰極管(2)的底部，金屬針的間距為2～5mm。
專利摘要一種寬條陽極的管板式放電電極，是由寬條陽極塊沿陰極管排列組成放電電極，在陽極塊上方水冷陰極的上游有一預放電針組與水冷陰極之間進行預放電，從而實現(xiàn)高氣壓下的大體積均勻放電。該電極結(jié)構(gòu)能有效增長激光腔內(nèi)的放電長度，提高放電的均勻性和穩(wěn)定性，增加體放電功率密度。特別適用于切割、焊接用的選模CO
文檔編號H01S3/038GK2657242SQ0323260
公開日2004年11月17日 申請日期2003年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月27日
發(fā)明者歸振興, 沈華勤, 沈暉 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所