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一种多管串并联和光腔串联的封离型二氧化碳激光器制造技术

技术编号:9883057 阅读:184 留言:0更新日期:2014-04-04 22:50
一种多管串并联和光腔串联的封离型二氧化碳激光器,主要用于改善封离型二氧化碳激光器的性能;激光器主要由多个串并联放电管组件(这样的组件先由两根放电管串联、再由串联好后的放电管并联、因此放电管数是2的整数倍),带连接法兰的波纹管组件,光腔的平面及球面全反射镜和输出窗口组件,转折镜座组件,输出镜座组件,光桥组件等等组成;其中,所有光腔的光学元件都安装在刚性很好的光桥上,形成一个稳定性很好的光腔;而所有的放电管则通过弹性或柔性波纹管组件与光桥柔性连接;这样的结构气体放电不互相干扰,放电管的发热变形等状态与光腔无关,不影响激光器的工作和激光输出。(*该技术在2023年保护过期,可自由使用*)

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种多管串并联和光腔串联的封离型二氧化碳激光器,主要用于改善封离型二氧化碳激光器的性能;激光器主要由多个串并联放电管组件(这样的组件先由两根放电管串联、再由串联好后的放电管并联、因此放电管数是2的整数倍),带连接法兰的波纹管组件,光腔的平面及球面全反射镜和输出窗口组件,转折镜座组件,输出镜座组件,光桥组件等等组成;其中,所有光腔的光学元件都安装在刚性很好的光桥上,形成一个稳定性很好的光腔;而所有的放电管则通过弹性或柔性波纹管组件与光桥柔性连接;这样的结构气体放电不互相干扰,放电管的发热变形等状态与光腔无关,不影响激光器的工作和激光输出。【专利说明】一种多管串并联和光腔串联的封离型二氧化碳激光器
本技术属于激光领域,主要用于改善封离型二氧化碳激光器的性能。
技术介绍
封离型二氧化碳激光器是指一种玻璃管激光器(以下简称为激光管)。主要特征是一次性将激光混合的工作气体充入激光管内,然后封闭起来,不再打开,工作气体在气体放电过程中被激发而产生激光,只要放电就能使激光出光工作,直至激光管工作到报废。这种激光管的功率水平一般是中小功率(指500W以下),寿命为1000-5000小时。由于这种激光管价格便宜(例如一个60W的激光管售价在1000元人民币左右),目前激光管市场需求大,激光管在中国的年需求量就超过了 100000个,在全世界就超过了 200000个。目前国际上的功率水平是50-60W/M,就是说一个I米长的激光管的功率是50-60W。如果要做一个500W的激光管,就要将激光管做到IOM长。显然这么长的激光管在应用中非常不方便,极大地限制了激光管的应用。因此,人们就用双管或多管(指3根管及3根管以上)并联和激光谐振腔(以下简称光腔)串联的办法制造激光管,以此获得功率高一些长度短一些的激光管。例如,用4根2.5M的激光管并联和光腔串联的办法可以获得500W功率的激光管,激光管整体就只有2.5M长而不是IOM长。严格地说,这时的激光管是由若干个放电管并联然后加上光腔而构成的;而其中的这些放电管在单独与镜片组合时是激光管;为了叙述方便,本说明书将激光管与其中的放电管单元不加区别,统统称为激光管或放电管。然而,这种办法最明显的问题是激光管工作不稳定。如果一个120W的单根激光管能工作2000小时的话,用4根激光管并联和光腔串联获得的500W激光管的稳定工作时间甚至不能超过100小时。工作寿命短的问题如此突出的主要原因是:普通激光管的光腔是用胶粘在玻璃放电管上的,玻璃放电管既有放电使气体激发的功能又有支撑光腔的功能,激光管工作时发热和其它原因产生变形导致光腔失调。一个不用并联的单根激光管只有一个输出耦合镜和一个全反射镜,它们直接固定(粘接或硬封)在玻璃管的两端,如果玻璃管在工作中不发生变形则激光就可以长期稳定输出,如果发生变形就影响激光输出,变形严重就没有激光输出。而并联的玻璃管将增加全反射镜的数量,每多并联I根玻璃管就要将光路折返180度而增加2个全反射镜,光腔长度也随之增加了 I根管的长度。例如用4根长度为2.5M的激光管并联和光腔串联获得的500W激光管的光腔长度是10M,全反射镜的数量有7个。这样长的光腔和这样多的镜片,如果按照上述直接固定在玻璃管两端的办法所获得的激光管的实际效果是玻璃管在工作中由于气体放电发热或其它原因而产生变形,这么多的镜片中有一个的位置变形严重或多个轻微变形的积累就会导致激光管不能工作。一般而言,激光管的镜片的法线与光轴在理想状态下是重合的,具体激光管镜片的法线与光轴总有一定的夹角偏离。一个长度为IM的激光管的夹角偏离不允许超过3秒,再大就不能工作。一个IOM的激光管的这种夹角偏离要求更苛刻,不允许偏离I秒,这意味着玻璃管的弯曲变形和镜片的偏转变形都必须控制在几微米以内。实际双管或多管并联的玻璃管放电中会发生立体空间的变形,满足这种变形量在微米数量级的苛刻要求是不可能的。因此,200W以上的激光管在实际应用中很少,远远不能满足实际生产的需要。此外,这种激光管的电路上的问题是高压绝缘很难实施,因为并联的管与管内部气体是连通的、而气体是导电的(可以认为电路上也是并联的),容易形成多管之间的高压打火、相互干扰、放电不稳定从而导致激光输出功率的不稳定,这种不稳定也是这类激光管难以稳定工作的重要原因之一。
技术实现思路
针对双管或多管并联和光腔串联激光管寿命比较短、工作不稳定的缺点,本技术的目的是提供一种寿命比较长、工作稳定的多管串并联和光腔串联激光管。这样的多管串并联和光腔串联激光管可以长期稳定工作。为了实现上述目的,本技术的主要技术措施是先将两根激光管对称地串联起来(即高压端在串联后管子的中间部位、两端为低压端或者称为对地端),再根据需要将串联后的多个激光管并联起来、容易看出并联后实际激光管数是2的整数倍(例如4、6、8、10……),然后将串联的光腔(包括所有构成光腔的光学元件如全反射镜、转折全反射镜和输出窗口)安装在一个稳定性很高的光桥上,光桥与玻璃管柔性连接,这样光腔实际上与玻璃管脱离,光腔不受玻璃管变形的影响;概括说:激光器主要由多个先由两根放电管串联、再由串联好后的放电管并联的串并联放电管组件,带连接法兰的弹性或柔性波纹管组件,光腔的平面及球面全反射镜和输出窗口组件,带密封元件的转折镜座组件,带密封元件的输出镜座组件,光桥组件等等组成;其中,所有的组成光腔的光学元件都安装在刚性很好的光桥上,形成一个稳定性很好的光腔;而所有的放电管则通过弹性或柔性波纹管组件与光桥柔性连接;这样的结构使放电管的发热变形等状态与光腔无关,不影响激光器的工作和激光输出。这里所述的光桥是指一个刚性的支架,其结构材料是刚性较好的金属或非金属,设计的光桥一般是对称的。光桥的基本结构有多种,其核心是有两个光桥端板和3根或4根光桥支撑杆经螺母锁紧成为一个刚性的整体结构或直接焊接为一个刚性的整体结构;还可以是圆形管状结构、或者方型管状结构或其它结构;这些结构可以是螺纹紧固结构或直接焊接结构;组成光桥的材料可以是金属材料或非金属材料。由于光桥的长度比单根激光管略长而在宽度和高度方向对称且尺度较小,还基本上是一个方筒或圆筒状结构,因此如果遇到环境温度变化只有在长度方向有比较明显的变化而在其它方向变化较小可以忽略不记,只有长度变化而没有镜片角 度变化的工业或医疗二氧化碳激光光腔对激光输出的影响也是可以忽略不记的。这是因为光腔长度的少量变化只会影响激光光束纵模而基本不影响横模,绝大部分工业加工或医疗用的激光器是不考虑纵模而只考虑横模。在电路上,由于高压电极在放电管的中间而两端对地,与其它管子不存在电路上的并联关系,放电是独立的,因此这种多管放电也是稳定的;同时由于高压电极在放电管的中间部位,容易实现绝缘处理,不存在多管打火、放电互相干扰、稳定性差的问题。本技术的基本结构在具体工作中放电的玻璃管仍然与原来的激光管一样会产生发热、变形,但其发热、变形仅限于玻璃管自身,由于光腔是独立于玻璃管的,因此光腔不会产生变形。在这种结构中,即使玻璃管变形超过500微米对激光输出也不会产生实质性影响。同时本技术的多管放电也是稳定的。这样激光就能长期稳定工作。根据不同的需要,这样的激光器功率本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种多管串并联和光腔串联的封离型二氧化碳激光器,其特征在于:激光器主要由多个先由两根放电管串联、再由串联好后的放电管并联的串并联放电管组件,带连接法兰的弹性或柔性波纹管组件,光腔的平面及球面全反射镜和输出窗口组件,带密封元件的转折镜座组件,带密封元件的输出镜座组件,光桥组件等等组成;其中,所有的组成光腔的光学元件都安装在刚性很好的光桥上,形成一个稳定性很好的光腔;而所有的放电管则通过弹性或柔性波纹管组件与光桥柔性连接;这样的结构使放电管的发热变形等状态与光腔无关,不影响激光器的工作和激光输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:陈清明
申请(专利权)人:陈清明
类型:新型
国别省市:湖北;42

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