專利名稱：圓形金屬腔氣體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氣體激光器，特別是二氧化碳激光器。
激光有多種用途，激光加工是其重要用途之一。激光加工是指利用激光進行切割、焊接、熱處理、鉆孔和打標等。其中激光切割占70％以上。激光切割，特別是多維精密激光切割，需要質(zhì)量好，即直徑小、發(fā)散角小、功率軸對稱分布的圓形激光束?，F(xiàn)在國內(nèi)外用于激光加工的二氧化碳激光器，主要是橫流、軸流和近年出現(xiàn)的擴散冷卻激光器。橫流二氧化碳激光器的增益分布不是軸對稱的，雖然采用多拆腔可獲得發(fā)散角小的激光束，但光束的功率分布不是完全軸對稱。因此它主要用于熱處理和焊接。玻璃管軸快流二氧化碳激光器的增益分布是軸對稱的，光束的發(fā)散角小，功率分布也是軸對稱的。因此它廣泛應用于激光切割。但它需要羅茲泵或渦輪風機，體積大，造價高。擴散冷卻二氧化碳激光器，體積很小。但因增益分布也不是軸對稱，采用非穩(wěn)腔或多折腔所獲得的光束不是圓形，功率不是軸對稱分布。它只適用于平面切割，不適用于多維精密激光切割。
本發(fā)明的目的在于提供一種圓形金屬腔氣體激光器，主要在于獲得光束質(zhì)量好，光束的發(fā)散角小、功率分布是軸對稱的。體積小，比現(xiàn)有同等功率軸快流二氧化碳激光器小幾倍。
本發(fā)明的圓形金屬腔氣體激光器，它有箱體、風機、熱交換器、光腔壁、電極、受激發(fā)光氣體、反射鏡、輸出鏡，光腔腔壁為圓形管狀，其特征在于氣體流道與光腔離軸相交，即氣體流道的中心線偏離腔軸一定距離，至少兩個流道沿光腔壁均布，流道分光腔壁金屬體為至少兩個同性電極，流道中間設(shè)置另一性電極，光腔金屬體電極中有冷卻水管。
如上述的激光器，其特征在于流道中間的電極位于光腔壁的圓周上。
本發(fā)明的圓形金屬腔氣體激光器，它有箱體、風機、熱交換器、光腔壁、受激發(fā)光氣體、反射鏡、電極、受激發(fā)光氣體、反射鏡、輸出鏡，光腔腔壁為圓形管狀，其特征在于氣體流道與光腔壁離軸相交，即氣體流道的中心線偏離腔軸一定距離，至少兩個流道沿光腔壁均布，流道分光腔壁金屬體為至少一對電極，光腔金屬體電極中有冷卻水管。
如上述的激光器，其特征在于氣體流道的中心線與光軸垂直面成一夾角。
如上述的激光器，其特征在于反射鏡與輸出鏡之間有多個光軸一致的圓形金屬腔單元體，單元體之間留有出氣間隙。
如上述的激光器，其特征在于氣體流道的寬度為5-20mm。
如上述的激光器，其特征在于各金屬腔單元體的流道適當錯開。
本發(fā)明的圓形金屬腔氣體激光器，具有以下兩大特點
一、可以獲得質(zhì)量高、功率軸對稱分布的圓形激光束。其原因有三點1、光腔是圓形。
2、放電激活的粒子是從沿圓周均布的流道吹入腔內(nèi)，增益分布是軸對稱的。
3、腔內(nèi)氣流是旋流，各金屬腔單元體的流道適當錯開，有利于提高增益分布的圓周均勻性。
二、可以獲得體積小的激光器。其原因有兩點1、金屬腔、腔內(nèi)旋流和短氣隙橫流放電，都有利于擴散冷卻，加以對流冷卻，大大降低腔內(nèi)溫度和熱氣體阻力。還由于全腔由多個腔單元組成，對風機全壓的要求降低了。因此可以采用小型風機，可將風機、腔體和熱交換器裝在一個箱體內(nèi)，結(jié)構(gòu)緊湊。
2、氣流從各腔單元的兩端離心旋出，不是軸向沖出，除了有利于消除各相鄰兩腔單元中流場的相互干擾，提高吹入放電的穩(wěn)定性外，還有利于減小每兩個腔單元之間的距離，消除腔內(nèi)的無增益區(qū)，并提高激光器的緊湊性。
圖1，是本發(fā)明實施例的示意圖。其中，1箱體，2風機，3熱交換器，4導流器，5冷卻水管，6腔軸，7電極，8電極，9離軸流道，10腔壁，11旋流氣。
圖2，是圖1的前視圖。其中，12圓形金屬腔單元，13輸出鏡，14出氣流，15反光鏡，16進氣流，17間隙。
本發(fā)明的圓形金屬腔激光器實施例如圖1、2所示。它有箱體1、風機2、熱交換器3、腔壁10、電極7和8、受激發(fā)光體11、反射鏡15、輸出鏡13，本實施例的圓形金屬腔單元有6個，它們同軸、等距安裝，金屬腔腔壁10與輸出鏡13、反射鏡15構(gòu)成激光器的光腔。金屬腔單元12的個數(shù)取決于激光功率的大小，由1個到幾十個。本實施例氣體流道9有4個，與光腔壁10離軸相交，所謂離軸，即根據(jù)光腔直徑的大小和對光束功率徑向分布的要求，氣體流道9的中心線偏離腔軸6一定距離，當電極7與8之間放電時，受激發(fā)光的二氧化碳氣體11從離軸流道9中吹入光腔，形成旋流11。離軸流道9在腔壁10上均勻分布，以利于光束功率的軸對稱分布。旋流氣體11有利于光功率軸對稱分布，以形成高質(zhì)量的光束。光腔金屬體內(nèi)的冷卻水管5中通以冷卻水，以降低腔內(nèi)溫度。
氣流進入腔10內(nèi)的入口處裝有電極7，它可以是管狀，柱狀或片狀。
本發(fā)明的電極還可以全用金屬體8來充當，即改變絕緣結(jié)構(gòu)使離軸流道9兩側(cè)的金屬體8分別充當正負電極，離軸流道9的邊壁成為放電部位。放電部位最好在流道9的光腔壁10之入口處，該處金屬暴露，流道9其他部位可用絕緣體覆蓋或者凹陷一定深度。
放電可采用直流、開關(guān)、高頻或射頻電源，氣流由風機2產(chǎn)生，經(jīng)導流器4和離軸流道9，將放電激活的粒子及部分放電吹入腔10內(nèi)，形成增益，產(chǎn)生光放大，輸出激光。氣流16由于是先經(jīng)過離軸流道9，進入腔10內(nèi)后形成旋流11，并從每個腔單元12的兩端或一端離心旋出。接著從腔單元12之間的間隔17中流出腔體10外，通過熱交換器3回到風機2。
本發(fā)明可以適用的氣體11有一氧化碳、二氧化碳等多種激光氣體，適應種類很多。
本發(fā)明采用圓形金屬腔，放電吹入和離軸流道形成的腔內(nèi)旋流，可以獲得發(fā)散角小、功率軸對稱分布且徑向分布可調(diào)的激光束，激光功率由百瓦級到萬瓦級。與現(xiàn)有軸快流的同功率激光器相比，電耗減少10-20％，體積小幾倍，成本大幅下降。
權(quán)利要求
1.圓形金屬腔氣體激光器，它有箱體、風機、熱交換器、光腔壁、電極、受激發(fā)光氣體、反射鏡、輸出鏡，光腔腔壁為圓形管狀，其特征在于氣體流道與光腔離軸相交，即氣體流道的中心線偏離腔軸一定距離，至少兩個流道沿光腔壁均布，流道分光腔壁金屬體為至少兩個同性電極，流道中間設(shè)置另一性電極，光腔金屬體電極中有冷卻水管。
2.如權(quán)利要求1所述的激光器，其特征在于流道中間的電極位于光腔壁的圓周附近。
3.圓形金屬腔氣體激光器，它有箱體、風機、熱交換器、光腔壁、受激發(fā)光氣體、反射鏡、輸出鏡，光腔腔壁為圓形管狀，其特征在于氣體流道與光腔壁離軸相交，即氣體流道的中心線偏離腔軸一定距離，至少兩個流道沿光腔壁均布，流道分光腔壁金屬體為至少一對電極，光腔金屬體電極中有冷卻水管。
4.如權(quán)利要求1、2、3所述的激光器，其特征在于反射鏡與輸出鏡之間有多個光軸一致的圓形金屬腔單元體，單元體之間留有出氣間隙。
5.如權(quán)利要求1、2、3所述的激光器，其特征在于氣體流道的中心線與光軸垂直面成一夾角。
6.如權(quán)利要求4所述的激光器，其特征在于氣體流道的中心線與光軸垂直面成一夾角。
7.如權(quán)利要求3、6所述的激光器，其特征在于氣體流道的寬度為5-20mm。
8.如權(quán)利要求5所述的激光器，其特征在于氣體流道的寬度為5-20mm。
9.如權(quán)利要求4所述的激光器，其特征在于各金屬腔單元體的流道適當錯開。
全文摘要
一種圓形金屬腔氣體激光器,它有箱體、風機、熱交換器、光腔、電極、受激發(fā)光氣體、反射鏡、輸出鏡,光腔腔壁為圓形管狀,其特征在于氣體流道與光腔離軸相交,即氣體流道的中心線偏離腔軸一定距離,至少兩個流道沿光腔壁均布,流道分光腔壁金屬體為至少兩個同性電極,流道中間設(shè)置另一性電極,光腔金屬體電極中有冷卻水管。本發(fā)明的激光器可達萬瓦級,與現(xiàn)有同功率軸快流激光器相比電耗減少10—20%,體積小幾倍,成本大幅下降。而且有圓形、發(fā)散角小、功率軸對稱分布的優(yōu)質(zhì)光束。
文檔編號H01S3/22GK1240309SQ9811360
公開日2000年1月5日 申請日期1998年6月19日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月19日
發(fā)明者李再光 申請人:李再光