專利名稱：高頻激勵(lì)二氧化碳激光器介質(zhì)電極及其放電電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及激光器介質(zhì)電極，具體是高功率高頻激勵(lì)二氧化碳激光器介質(zhì)電極及其由其組成的放電電極。
背景技術(shù)：
目前，高功率二氧化碳激光器按照電激勵(lì)方式分為兩類一類為直流激勵(lì)，另一類為高頻或射頻激勵(lì)，國內(nèi)產(chǎn)品多為直流激勵(lì)。但直流激勵(lì)二氧化碳激光器體積龐大，效率較低，放電不穩(wěn)定，可靠性較差，而且輸出光束模式多為多模和低階模，因而造成光束質(zhì)量差，無法滿足高性能激光加工的要求。高頻激勵(lì)二氧化碳激光器克服了直流激勵(lì)激光器上述缺點(diǎn)，具有放電均勻穩(wěn)定、效率高、可調(diào)諧，輸出光束模式為準(zhǔn)基模和低階模，光束質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。因而高功率高頻激勵(lì)二氧化碳激光器受到普遍重。
高頻激勵(lì)二氧化碳激光器的主要激勵(lì)方式是氣體放電，其輸出光束的質(zhì)量與氣體放電的好壞及穩(wěn)定性緊密相關(guān)，而氣體的放電又是通過電極來實(shí)現(xiàn)的，所以電極結(jié)構(gòu)和性能是高功率高頻激勵(lì)的關(guān)鍵技術(shù)。1995年10月第五期的《激光技術(shù)》雜志中“具有介質(zhì)電極的高頻放電”一文介紹了一種介質(zhì)覆蓋電極技術(shù)，并論證了介質(zhì)電極高頻放電的可行性和優(yōu)越性。其介質(zhì)電極的工作原理為當(dāng)介質(zhì)電極接通高頻電源放電時(shí)，介質(zhì)電極底面的陶瓷介質(zhì)作為電容在上、下電極間形成電場并將電能耦合到氣體放電區(qū)中，使得氣體放電，輸出激光。試驗(yàn)證明采用介質(zhì)電極使電子和正離子都不可能進(jìn)入電極，而電能可以通過介質(zhì)的電容耦合到放電區(qū)中去，在放電區(qū)域的電流密度是均勻和穩(wěn)定的，避免了等離子體和金屬表面的直接接觸，同時(shí)由于介質(zhì)電極不產(chǎn)生二次電子發(fā)射，也避免了等離子體鞘和陰極位降區(qū)等現(xiàn)象的出現(xiàn)。但該文沒有涉及介質(zhì)電極的具體形狀結(jié)構(gòu)，以及介質(zhì)電極的形狀結(jié)構(gòu)對激光器性能的影響。中國激光雜志1997年8月第八期“1500W高頻激勵(lì)CO2激光器的研究”一文介紹了一種具體的介質(zhì)電極結(jié)構(gòu)，并實(shí)驗(yàn)論證了該介質(zhì)電極結(jié)構(gòu)的效果。但該電極還存在一下缺陷(1)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作工藝難，成本高。(2)表面面積較小，導(dǎo)致電極單位面積的電流大，電極易發(fā)熱，必須通水冷卻。(3)介質(zhì)和電極四周的絕緣壁僅用絕緣膠相連，受熱易分離，不牢靠。(4)密封性要求高。由于需要水冷，為防止水泄漏，要有很好的密封。(5)壽命短。一是水對銅電極有腐蝕性，二是絕緣膠受熱粘性不夠，介質(zhì)易脫落。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過完善電極結(jié)構(gòu)和性能，提供一種工藝制造簡單、成本價(jià)低、使用壽命長，且不用水冷、放電均勻穩(wěn)定、激活面積大、注入功率高的新型介質(zhì)電極，以滿足工業(yè)應(yīng)用。
本實(shí)用新型的另一目的是提供由上述介質(zhì)電極組成的放電電極。
本實(shí)用新型的目的通過下述裝置實(shí)現(xiàn)一種高頻激勵(lì)二氧化碳激光器介質(zhì)電極，包括陶瓷介質(zhì)槽，所述介質(zhì)電極還包括銅電極和銅柱，所述陶瓷介質(zhì)槽為開口的凹槽，所述銅電極位于陶瓷介質(zhì)槽的凹槽開口內(nèi)底面，所述銅柱位于銅電極中部。
為更好地實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，所述陶瓷介質(zhì)槽(1)內(nèi)部底面均勻涂有銅電極(2)。所述銅電極(2)的中部焊接有銅柱(3)。所述陶瓷介質(zhì)槽的底面介質(zhì)和側(cè)面陶瓷絕緣壁鑄造成一個(gè)整體長方形槽。其陶瓷介質(zhì)槽的底面介質(zhì)和側(cè)面陶瓷絕緣壁厚為1～2mm。
應(yīng)用時(shí)，所述高頻激勵(lì)二氧化碳激光器介質(zhì)電極為至少一對介質(zhì)電極的陶瓷介質(zhì)槽底面相對配合設(shè)置，優(yōu)選7～12對介質(zhì)電極。相對配合設(shè)置的陶瓷介質(zhì)槽底面構(gòu)成電容的上、下電極。每塊介質(zhì)電極的尺寸，也就是陶瓷介質(zhì)槽的外尺寸為長×寬×高為120～80mm×80～60mm×50～45mm，介質(zhì)電極的表面積為長×寬，面積較大，易散熱。介質(zhì)電極的底面介質(zhì)和側(cè)面的陶瓷絕緣壁采用陶瓷(厚度為1～2mm)材料鑄造成一個(gè)整體長方形槽。
一種所述高頻激勵(lì)二氧化碳激光器介質(zhì)電極組成的放電電極，所述放電電極是由至少一對介質(zhì)電極的陶瓷介質(zhì)槽底面相對配合設(shè)置。
為更好地實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，所述放電電極由7～12對介質(zhì)電極組成。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的高頻激勵(lì)二氧化碳激光器介質(zhì)電極具有以下優(yōu)點(diǎn)①介質(zhì)電極表面積大，沒有密封，因此易散熱從而不用水冷。
②介質(zhì)電極制造工藝簡單，生產(chǎn)成本較低。
③介質(zhì)電極結(jié)構(gòu)牢靠，同時(shí)無水的腐蝕，使用壽命長。
④采用噴涂技術(shù)，銅電極厚度均勻，使放電更加均勻，且粘貼牢靠，不易脫落，不易腐蝕，增加使用壽命。
⑤介質(zhì)電極放電均勻穩(wěn)定，放電區(qū)域大，有利于光束質(zhì)量的提高。


圖1是介質(zhì)電極的俯視圖。
圖2是圖1A-A面的剖視圖。
圖3是由介質(zhì)電極組成放電電極。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
實(shí)施例1用于千瓦級高頻激勵(lì)二氧化碳激光器中。如圖3所示，各用十塊介質(zhì)電極并列成一排分別組成激光器的上、下電極板，組成放電電極。
如圖1、2所示，高頻激勵(lì)二氧化碳激光器介質(zhì)電極包括陶瓷介質(zhì)槽1、銅電極2、銅柱3。陶瓷介質(zhì)槽1直接鑄造而成，槽體的底面作為介質(zhì)覆蓋電極，槽體的側(cè)面作為絕緣體，防止電極向外界漏電。銅電極2是用熱噴涂技術(shù)均勻涂在陶瓷介質(zhì)槽1內(nèi)部的底面。銅柱3緊密地焊接在銅電極2的中部，作為引線與外界高頻電路連接。
每個(gè)介質(zhì)電極分別通過作為引線的銅柱與外界高頻電路并聯(lián)。所用高頻激勵(lì)二氧化碳激光器介質(zhì)電極的長×寬×高為80mm×60mm×45mm，陶瓷介質(zhì)厚度為2mm，銅電極厚度為1mm，組成一個(gè)長為80mm，寬為60mm的電極板。當(dāng)介質(zhì)電極接通外部高頻電源時(shí)，介質(zhì)電極作為電容在上、下電極間形成電場并將電能耦合到氣體放電區(qū)中給氣體放電，將粒子激發(fā)到高能態(tài)形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，輸出激光。
實(shí)施例2用于千瓦級高頻激勵(lì)二氧化碳激光器中。各用8塊介質(zhì)電極并列成一排分別組成激光器的上、下電極板，組成放電電極。
介質(zhì)電極的長×寬×高為100mm×70mm×47mm，陶瓷介質(zhì)厚度為1.4mm，銅電極厚度為1.6mm，組成一個(gè)長為100mm，寬為70mm的電極板。其它同實(shí)施例1實(shí)施例3用于千瓦級高頻激勵(lì)二氧化碳激光器中。各用12塊介質(zhì)電極并列成一排分別組成激光器的上、下電極板。
介質(zhì)電極的長×寬×高為120mm×80mm×50mm，陶瓷介質(zhì)厚度為1mm，電極厚度為2mm，組成一個(gè)長為120mm，寬為80mm的電極板。其它同實(shí)施例1。
三實(shí)施例檢測參數(shù)結(jié)果如表1所示表1高頻激勵(lì)二氧化碳激光器檢測參數(shù)表

由表1可以看出，本介質(zhì)電極具有好的光束質(zhì)量，同時(shí)這三組中該介質(zhì)電極的制造成本約為20～30元，測算使用壽命為十年，滿足工業(yè)需要。
權(quán)利要求1.一種高頻激勵(lì)二氧化碳激光器介質(zhì)電極，包括陶瓷介質(zhì)槽(1)，其特征在于，所述介質(zhì)電極還包括銅電極(2)和銅柱(3)，所述陶瓷介質(zhì)槽(1)為開口的凹槽，所述銅電極(2)位于陶瓷介質(zhì)槽(1)的凹槽開口內(nèi)底面，所述銅柱(3)位于銅電極(2)中部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高頻激勵(lì)二氧化碳激光器介質(zhì)電極，其特征在于，所述陶瓷介質(zhì)槽的底面和四周側(cè)面為一個(gè)整體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的介質(zhì)電極，其特征在于，所述陶瓷介質(zhì)槽的底面和側(cè)面陶瓷壁厚為1～2mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高頻激勵(lì)二氧化碳激光器介質(zhì)電極，其特征在于，所述陶瓷介質(zhì)槽(1)內(nèi)部底面均勻涂有銅電極(2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高頻激勵(lì)二氧化碳激光器介質(zhì)電極，其特征在于，所述銅電極(2)的中部焊接有銅柱(3)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高頻激勵(lì)二氧化碳激光器介質(zhì)電極，其特征在于，所述介質(zhì)電極的長為120～80mm，寬為80～60mm，高為50～45mm。
7.一種由權(quán)利要求1所述一種高頻激勵(lì)二氧化碳激光器介質(zhì)電極組成的放電電極，其特征在于，所述放電電極由至少一對介質(zhì)電極的陶瓷介質(zhì)槽底面相對配合設(shè)置而成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述一種高頻激勵(lì)二氧化碳激光器介質(zhì)電極組成的放電電極，其特征在于，所述放電電極由7～12對介質(zhì)電極組成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及激光器介質(zhì)電極，具體是高功率高頻激勵(lì)二氧化碳激光器介質(zhì)電極及其由其組成的放電電極，該介質(zhì)電極包括陶瓷介質(zhì)槽(1)、銅電極(2)和銅柱(3)，陶瓷介質(zhì)槽(1)為開口向上的凹槽，銅電極位于陶瓷介質(zhì)槽(1)的凹槽開口內(nèi)底面，銅柱(3)位于銅電極(2)中部。該介質(zhì)電極制造工藝簡單，生產(chǎn)成本較低，表面積大，易散熱，不用水冷，不需要密封，使用壽命長。該介質(zhì)電極的銅電極采用噴涂技術(shù)涂在陶瓷介質(zhì)槽上，不易脫落，厚度均勻，使放電均勻穩(wěn)定，光束質(zhì)量高。
文檔編號H01S3/038GK2914408SQ200520060968
公開日2007年6月20日 申請日期2005年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月11日
發(fā)明者廖健宏, 丘軍林, 常明 申請人:華南師范大學(xué)