專利名稱：壹仟瓦射頻激勵快軸流二氧化碳激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及大功率激光器技術(shù)。
七十年代初至八十年代中期，二氧化碳激光器以及電光轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)高于其它類別的激光器，能實(shí)現(xiàn)大功率的激光輸出，因而在金屬材料加工等方面得到了較廣泛的應(yīng)用。但已有的高壓直流激勵為基礎(chǔ)的二氧化碳激光器，如附圖1所示，這種結(jié)構(gòu)的電極濺射對光學(xué)系統(tǒng)有污染，而且放電的穩(wěn)定性和均勻性都較差，容易產(chǎn)生高壓電暈等。這些缺陷大大限制了二氧化碳激光器向更高功率水平和更加實(shí)用化方向發(fā)展。
本實(shí)用新型的目的，是提供一種能有效克服電極濺射對光學(xué)系統(tǒng)污染，放電穩(wěn)定，均勻性好，大功率的射頻激勵快軸流二氧化碳激光器。
本實(shí)用新型是置于放電管外的射頻電極將電能饋入激光器氣體內(nèi)，產(chǎn)生射頻放電，在激光諧振腔內(nèi)形成激光振蕩，還將羅茨泵驅(qū)動的高速氣體流動實(shí)現(xiàn)激勵后受熱氣體的對流冷卻，保證大功率10.6μ波長的激光輸出。
以下結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型作詳細(xì)說明。
本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)，如附圖2所示是由一個射頻電源(4)將頻率為2～30MH的高頻交變電壓通過內(nèi)阻為50歐姆的電纜(5)接阻抗變換器(6)，再接進(jìn)屏蔽罩(10)內(nèi)的放電管(7)的板條形電極(3)上；電極(3)的每對電極分上、下兩部分，上部與阻抗匹配器(6)連接，下部則分別與屏蔽罩(10)相連，并接地；在激光腔體的右端安有尾鏡(11)和輸出窗(12)；在激光腔體的左端安有兩面45°反射鏡(13)、(14)，以形成∏型折疊光腔；屏蔽罩(10)包在支架(15)上；泵(9)的兩側(cè)裝有兩只散熱器(8)，散熱器(8)接有氣體輸入管和氣體輸出管。
本實(shí)用新型放電管(7)與電極(3)的結(jié)構(gòu)見附圖3(a)，電極(3)的剖面圖見附圖3(b)。放電管(7)外部中間放置兩片截面為馬蹄形的板條形電極(3)，在電極(3)左右兩頭，有兩片絕緣介質(zhì)做的半圓形鎖緊塊(20)、(21)，在電極(3)與鎖緊塊(20)、(21)上部放有壓條(23)；在電極(3)右上部的壓條(23)上，安有螺絲(24)將其固定；在電極(3)左上部的壓條(23)上，安有調(diào)節(jié)螺紋(25)，其上有彈簧(26)；這種結(jié)構(gòu)可以調(diào)節(jié)電極徑向間隙距離，電極(3)的上、下極分別和饋電線(27)、(22)連接。
為了保證在10KW的電功率饋入激光器，激光揩振腔能夠長期穩(wěn)定在固定的光功率水平上，本實(shí)用新型采用了縱向浮動式定位機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)見附圖4，諧振腔框架是由四根內(nèi)孔通水的金屬管(15)和兩個端板(16)所構(gòu)成的框形架組成，諧振腔框架的左端板放置在帶有軸承座(19)導(dǎo)向的滑動軸(17)上；諧振腔框架的右端板經(jīng)鉸鏈(18)固定在底座上。
這種結(jié)構(gòu)的支撐架，在縱向就只有一個自由度可以浮動，當(dāng)?shù)鬃叽绨l(fā)生變動時，滑動軸(17)可以在軸承座(19)內(nèi)滑動，這就消除了可動的干涉應(yīng)力和變形，不管激光腔內(nèi)溫度如何變化，都不會影響光學(xué)諧振的腔長，從而保證了激光振蕩長期穩(wěn)定地工作。
本實(shí)用新型工作時，射頻源(4)發(fā)射13.86MH的射頻正弦波電能，經(jīng)過50歐姆的射頻電纜線(5)和∏形的阻抗匹配器(6)平行地將電能饋入八段放電管(7)內(nèi)，使二氧化碳激光器產(chǎn)生射頻氣體放電，在激光諧振腔內(nèi)形成激光振蕩。羅茨泵驅(qū)動的高速氣體流動，速度達(dá)120～200米/秒，使放電過程中氣體的溫度在氣體出口處不高于140℃，高速度流動的氣體通過散熱器(8)溫度降至30℃以下，保證氣體循環(huán)重新進(jìn)入放電激勵區(qū)的氣體溫度始終在CO2激光氣體維持激光振蕩所必須的溫度范圍以內(nèi)，保證產(chǎn)生大功率10.6波長的激光輸出。
本實(shí)用新型可8小時連續(xù)工作，功率不穩(wěn)定度＜10％，最大輸出光功率1140瓦，光束模式TEM模，光束發(fā)散度＜2毫弧度，調(diào)制光脈沖頻率0～10KH。
本實(shí)用新型克服了已有的直流激勵的二氧化碳激光器的一些缺點(diǎn)，如由于直流激勵需要將放電電極置于放電管內(nèi)腔中造成電極濺射對光學(xué)系統(tǒng)的污染，放電過程不夠穩(wěn)定而難以向更高功率發(fā)展。本實(shí)用新型是激光加工中大功率二氧化碳激光器主力產(chǎn)品，具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1是高壓直流激勵二氧化碳激光器結(jié)構(gòu)；圖2是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)；圖3(a)是本實(shí)用新型電極(3)結(jié)構(gòu)圖；圖3(b)是本實(shí)用新型電極(3)剖面圖；圖4是本實(shí)用新型諧振腔支架結(jié)構(gòu)。
圖中1、直流激勵時的針形陰極電極；2、陰極；3、電極；4、射頻電源；5、電纜；6、阻抗匹配器；7、放電管；8、散熱器；9、泵；10、屏蔽罩；11、尾鏡；12、輸出窗；13、14、反射鏡；15、金屬管；16、端板；17、滑動軸；18、鉸鏈；19、軸承座；20、21、鎖緊塊；23、壓條；24、螺絲；25、調(diào)節(jié)螺紋；26、彈簧；22、27、饋電線。
權(quán)利要求1．一種壹仟瓦射頻激勵快軸流二氧化碳激光器，其特征是，射頻電源(4)經(jīng)電纜(5)接阻抗變換器(6)，再接進(jìn)屏蔽罩(10)內(nèi)的放電管(7)的板條形電極(3)上；電極(3)的每對電極分上、下兩部分，上部與阻抗匹配器(6)連接，下部則分別與屏蔽罩(10)相連，并接地；在激光腔體的右端安有尾鏡(11)和輸出窗(12)；在激光腔體的左端安有兩面45°反射鏡(13)、(14)，以形成∏型折疊光腔；屏蔽罩(10)包在支架(15)上；泵(9)的兩側(cè)裝有兩只散熱器(8)，散熱器(8)接有氣體輸入管和氣體輸出管。
2．如權(quán)利要求1所述的激光器，其特征是放電管(7)外部中間放置兩片截面為馬蹄形的板條形電極(3)，在電極(3)左右兩頭，有兩片絕緣介質(zhì)做的半圓形鎖緊塊(20)、(21)，在電極(3)與鎖緊塊(20)、(21)上部放有壓條(23)；在電極(3)右上部的壓條(23)上，安有螺絲(24)將其固定；在電極(3)左上部的壓條(23)上，安有調(diào)節(jié)螺紋(25)，其上有彈簧(26)；電極(3)的上、下極分別和饋電線(27)、(22)連接。
3．如權(quán)利要求1所述的激光器，其特征是采用了縱向浮動式定位機(jī)構(gòu)諧振腔框架是由四根內(nèi)孔通水的金屬管(15)和兩個端板(16)所組成的框形架組成的，諧振腔框架的左端板放置在帶有軸承座(19)、導(dǎo)向的滑動軸(17)上；諧振腔框架的右端板經(jīng)鉸鏈(18)固定在底座上。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種壹仟瓦射頻激勵快軸流二氧化碳激光器的結(jié)構(gòu):射頻源經(jīng)電纜接阻抗變換器,接屏蔽罩內(nèi)放電管的板條形電極上;每對電極的上部與阻抗匹配器連接,下部分別與屏蔽罩相連,接地;在激光腔體的右端安有尾鏡和輸出窗;激光腔體的左端有兩面反射鏡;屏蔽罩包在支架上,泵兩側(cè)裝有散熱器,并接氣體輸入、輸出管。本實(shí)用新型放電過程穩(wěn)定,是激光加工中的主力產(chǎn)品,具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號H01S3/00GK2317561SQ9724753
公開日1999年5月5日 申請日期1997年10月17日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月17日
發(fā)明者陳聲鴻, 王兆申, 張剛 申請人:中國科學(xué)院等離子體物理研究所