专利名称：一种大功率二氧化碳激光器谐振腔的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种适用于激光器的谐振腔，尤其是一种大功率二氧化碳激光器谐 振腔。
背景技术：
谐振腔是大功率二氧化碳激光器不可或缺的重要组成部分，谐振腔的作用是产生激 光，选择频率一定、方向一致的光波作最优先的放大，光波在谐振腔中来回反射从而提 供光能反馈，形成传播方向一致、频率和相位相同的强光束，也就是激光，通过部分透 射反射镜把激光部分引出腔外，成为可利用的激光，反射部分激光留在腔内继续增殖光 子。简单来说谐振腔的作用就是产生激光、放大激光、输出激光。利用二氧化碳激光的
原理，其输出功率取决于放电管的长度和截面尺寸，i米长的放电管的功率在iioo至
1500瓦之间，功率要达到3000至4000瓦时，放电管的长度就需成倍加长，安装场所的
占地面积需要相应加大，这就造成了很大的不便，限制了激光器的应用。
发明内容
发明目的本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构紧凑，体积 较小的大功率二氧化碳激光器谐振腔。
技术方案:一种大功率二氧化碳激光器谐振腔，包括前端板、后端板、殷钢管、放
电管、阴电极、储气筒、前镜、尾镜、折返镜和阳极座，所述的殷钢管设置在前端板和 后端板之间，放电管之间通过阴电极、阳极座连接，若干放电管构成一组放电腔，其中 第一组放电腔的一个端部设有前镜，最后一组放电腔的一个端部设有尾镜，其余放电腔 的端部设有折返镜。
其中，放电管的直径为18 30mm，长度为230mra 260ram，均根据大功率二氧化碳 气体激光原理经过试验得出的数据。
其中，前镜的曲率半径为20-30m，透射率为60%;尾镜的曲率半径为20-30m，透射 率为5千分之五。
其中，所述的储气筒的一端安装在前端板上，另一端安装在后端板上，所述的储气 筒上设有支承座，安装阴电极的支撑板固定在支承座上；所述的储气筒的横截面为空心 圆筒体，储气筒安装在谐振腔内，使结构更加紧凑，同时将原有的横截面为方形的储气 筒，改为圆形横截面的空心圆筒体，减小了谐振腔体积，使激光器结构紧凑，设计美观; 所述的支撑板由环氧树脂制成，可以耐高电压，其价格便宜。
其中，所述殷钢管的水平度小于0.05mm，放电腔组和前镜、尾镜、折反镜的水平度小于O. 15mm，如果放置倾斜，则会影响激光器的效果。
本实用新型的工作气体为二氧化碳、氮气和氦气，工作时，将三种工作气体按照比 例输入放电管内，在阴电极上加上高电压，电子与工作气体作用产生激光流。当激光流 不足以达到发射出去的功率时，激光流在三组放电腔之间来回传输、聚集，经过全反射 的折返镜和部分反射的尾镜改变方向后汇集，在聚集到足以发射出去的功率之后，经过 前镜发射出去。
有益效果(1)本实用新型将储气筒安装在谐振腔内部，同时用作两个功能 一是 代替原来1000 2500瓦激光器的储气功能，另一个是做为支撑放电管的固定座，代替 原来谐振腔内悬挂放电管的合金管，使结构更加紧凑。(2)本实用新型既适用于更大功 率的激光器，如3000 4000瓦，又能使新设计的机型结构减小，外观整洁美观。(3) 采取三折或更多折放电腔，在增加功率的同时，减小了机箱的尺寸。
图l为实用新型的结构示意图。
图2为图1的俯视图。
图3为本实用新型使用在大功率二氧化碳激光器中的结构示意图。 图4为阴电极与支撑板、支承座连接处的示意图。 图5为阳极座与支撑板、支承座连接处的示意图。
具体实施方式
如图l、 2和3所示，本实用新型的大功率二氧化碳激光器谐振腔，包括前端板l、 后端板2、殷钢管3、放电管4、阴电极5、回气管6、储气筒7、前镜8、尾镜9、折返 镜10、支承座11和支撑板12。殷钢管3的一端与前端板1螺栓固定连接，殷钢管3的 另一端与后端板2螺栓固定连接。所述的殷钢管3包括四根，其中前端板1和后端板2 互相平行设置，四根殷钢管3互相平行设置，即四根殷钢管3与前端板1、后端板2构 成一个长方体空间，该殷钢管3的水平度小于0. 05mm。
所述的放电管4之间连接有筒状的阴电极5，阴电极5安装在环氧树脂制成的支撑 板12上。放电管4的直径为18 30mm，长度为230mm 260mm。放电管4的直径和长度 决定着激光器的功率，本实用新型的数据是根据试验在现有激光器放电管的数据上得 出。如图4所示，支撑板12包括一竖直板和一底板，竖直板固定在底板上，竖直板上 设有安装孔，阴电极5放置在安装孔内，并用螺栓固定在支撑板12的竖直板上。支撑 板12固定在支承座11上，支承座11包括一个与储气筒7的表面形状适配的弧形件， 以及固定在弧形件上的两个的支撑件，所述的支撑件上固定着支撑板12的底板。每个 支承座11上可安装若干个支撑板12，如实施例所示的三组放电腔，在每个支承座11上安装有三个支撑板12。所述的支撑板12由环氧树脂制成，环氧树脂的绝缘性能高， 阴极对阳极(大地)的工作电压为20KV，耐压要大于200V/mm，所以支撑板12的高度 为IOO画。
所述的储气筒7的一端安装在前端板1上，另一端安装在后端板2上，储气筒7位 于殷钢管3与前后端板构成的长方体状空间内。支承座11的弧形件固定在所述的储气 筒7上。所述的储气筒7的横截面为空心圆筒体，代替现有方形横截面的筒体，使结构 更加紧凑。储气筒7通过波纹管14与放电管4连通，通过波纹管14将工作气体充到各 个放电管4内。
图示以3000瓦的二氧化碳激光器为例，设置了三组放电腔，每组放电腔包括四根 放电管4、四个阴电极5、四个阳极座13、两根回气管6和安装阴电极及阳极座的支撑 板12。
第一根放电管4的右端通过第一个阳极座13安装在前端板1上，左端上安装有第 一个阴电极5;第二根放电管4的右端安装有第二个阴电极5，左端安装有第二个阳极 座13;第三根放电管4的右端安装有第三个阳极座13，左端安装有第三个阴电极5;第 四根放电管4的右端安装有第四个阴电极4，左端通过第四个阳极座13安装在后端板2 上。其中，在第一根和第二根放电管之间、第三根和第四根放电管之间各设有一根回电 管6。三组放电腔的六根回电管6互相连通，形成回气管路，回气管路与出气热交换器 连接，放电腔内的高温气体不断的经回气管排出，经由出气热交换器降温后，由罗茨泵 泵入进气热交换器，然后输入到储气筒7内，通过波纹管14输送给各个放电管4。
如图5所示为第二根放电管和第三根放电管之间的阳极座13的安装示意图，支撑 板12固定在支承座11上，支撑板12的竖直板上设有安装孔，阳极座13放置在安装孔 内，并用螺栓固定在支撑板12的竖直板上。
实施例所示的三组放电腔共安装了四个折返镜IO、 一个前镜8和一个尾镜9。第一 组放电腔位于前端板1上的前端部设有前镜8，前镜8与前端板1平行，第一组放电腔 位于后端板2上的后端部设有一个折返镜10;第二组放电腔位于后端板2的后端部设有 第二个折返镜10，该折返镜10与第一组放电腔的后端部的折返镜10的法线垂直，第二 组放电腔位于前端板1上的前端部上设有第三个折返镜10;第三组放电腔位于前端板1 的前端部设有第四个折返镜10，该折返镜10与第二组放电腔的前端部上的第三个折返 镜10的法线垂直，第三组放电腔位于后端板2上的后端部设有尾镜9，尾镜9与后端板 2平行。
实施例所示为三组放电腔，很容易可以推知，可以根据实际的功率需要设置成四组 甚至五组或更多组放电腔，这样就可以在满足大功率的同时，縮短谐振腔的体积，减小了整个设备的占地面积。
各个放电管4和前镜8、尾镜9、折返镜10的水平度小于0. 15面。 以3000瓦的二氧化碳激光器为例，其中，每根放电管的直径为25mm，长度为250mra。 殷钢管的长度是根据四根放电管、两根回气管以及接头部分的阳极座和阴极座的长度来 决定，设计为1580mm。四根殷钢管、前端板和后端板组成一个基本框架。三路放电管、 回气管、阳极座、阴极座、镜座、镜片、涡轮泵、热交换器、进气阀和抽气阀共同组成 一个气体可循环的封闭腔。首先，打开电源，按下抽真空钮，开始抽真空，这时进气阀 关闭，抽为真空后充入C02: N2: He的混合工作气体，三种气体减压阀调为0.7-0.8， 1. 2-1. 3， 2. 4-2. 6;三种气体流量阀调为7. 3-7. 9， 2. 9-3. 1， 4. 6-4. 9;气体压力为8KPa， 放电管工作电压为18-20KV，单根放电管放电电流最大为80mA，由于为串联方式，所以 12根放电管的电流均为80mA。光腔由曲率半径为20000咖、反射率为99. 5%的反射镜， 即尾镜；曲率半径为25000咖、反射率为65%的输出镜，即前镜；以及4块全反折返镜， 即折返镜组成。接通激光电源，在放电状态下将光腔调到最佳状态时
a) 激光额定输出功率 》3000瓦；
b) 激光最大输出功率 》3200瓦；
c) 增强脉冲峰值功率 》7000瓦；
d) 连续波功率稳定度 《±1;
e) 增强脉冲功率稳定度《±1;
f) 光束直径(mm) 16±1;
g) 光束模式 TEM。。-。1;
h) 光束发散角(mrad) 《1.5。
本实用新型的激光谐振腔可以达到以上指标，同时结构紧凑，各部件排列整齐美观， 整台激光器的体积小，实用性好，稳定性高。
权利要求1、一种大功率二氧化碳激光器谐振腔，其特征是包括前端板(1)、后端板(2)殷钢管(3)、放电管(4)、阴电极(5)、储气筒(7)、前镜(8)、尾镜(9)、折返镜(10)和阳极座(13)，所述的殷钢管(3)设置在前端板(1)和后端板(2)之间，放电管(4)之间通过阴电极(5)、阳极座(13)连接，若干放电管(4)构成一组放电腔，其中第一组放电腔的一个端部设有前镜(8)，最后一组放电腔的一个端部设有尾镜(9)，其余放电腔的端部设有折返镜(10)。
2、 根据权利要求1所述的大功率二氧化碳激光器谐振腔，其特征是放电管(4) 的直径为18 30mm，长度为230mm 260誦。
3、 根据权利要求1所述的大功率二氧化碳激光器谐振腔，其特征是前镜(8)的 曲率半径为20-30m，透射率为60% 。
4、 根据权利要求1所述的大功率二氧化碳激光器谐振腔，其特征是尾镜(9)的 曲率半径为20-30m，透射率为千分之五。
5、 根据权利要求1所述的大功率二氧化碳激光器谐振腔，其特征是所述的储气 筒(7)的一端安装在前端板(1)上，另一端安装在后端板(2)上，所述的储气筒(7) 上设有支承座(11)，安装阴电极(5)的支撑板(12)固定在支承座(11)上。
6、 根据权利要求1或5所述的大功率二氧化碳激光器谐振腔，其特征是所述的 储气筒(7)的横截面为空心圆筒体。
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8、 根据权利要求5所述的大功率二氧化碳激光器谐振腔，其特征是所述的支撑 板(12)由环氧树脂制成。
9、 根据权利要求1所述的大功率二氧化碳激光器谐振腔，其特征是所述殷钢管 (3)的水平度小于0. 05mm。
10、 根据权利要求1所述的大功率二氧化碳激光器谐振腔，其特征是放电腔组和 前镜(8)、尾镜(9)、折反镜(10)的水平度小于0.15mm。
专利摘要本实用新型公开了一种大功率二氧化碳激光器谐振腔，所述的殷钢管设置在前端板和后端板之间，放电管之间通过阴电极、阳极座连接，若干放电管构成一组放电腔，其中第一组放电腔的一个端部设有前镜，最后一组放电腔的一个端部设有尾镜，其余放电腔的端部设有折返镜。本实用新型将储气筒安装在谐振腔内部可以代替原来1000～2500瓦激光器的储气功能，并且做为支撑放电管的固定座，代替原来谐振腔内悬挂放电管的合金管，使结构更加紧凑；既适用于更大功率的激光器，又能使新设计的机型结构减小，外观整洁美观；采取三折或更多折放电腔，在增加功率的同时，减小了机箱的尺寸。
文档编号H01S3/223GK201426004SQ20092004248
公开日2010年3月17日 申请日期2009年6月15日 优先权日2009年6月15日
发明者包和兵, 周海京, 陈智华, 俊 马 申请人:南京通快激光设备有限公司