气体激光器的气冷阴极绝缘盒及其激光器制造技术

气体激光器的气冷阴极绝缘盒及其激光器，它有箱体、风机、热交换器、圆腔、电极、工作气流、反射镜、输出镜，激光器的整个圆腔分为若干段，各段的入口流道在圆腔的圆周上错位分布，圆腔的入口流道中心线不与腔轴相交，圆腔的出口流道中心线相对于入口流道中心线偏转一个角度，其特征在于：激光器的阴极有多个气冷阴极绝缘盒，气冷阴极绝缘盒中的阴极片与金属散热体装在一起形成阴极单元，片头露在散热体外，散热体中有冷气流道，散热体装在绝缘盒内。气冷阴极寿命可达１５０００小时以上。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于气体流动型激光器，特别是二氧化碳激光器。
技术介绍
激光有多种用途，激光加工是其重要用途之一。激光加工是指利用激光进行切割、焊接、热处理、钻孔和打标等，其中激光切割占70％以上。激光切割，特别是多维精密激光切割，需要光束的质量好，即直径小、发散角小、功率轴对称分布的圆形激光束。现在国内外用于激光加工的二氧化碳激光器，主要是横流、轴流和近年出现的扩散冷却激光器，横流二氧化碳激光器的增益分布不是轴对称的，虽然采用多折腔可获得发散角小的激光束，但光束的功率分布不是完全轴对称。因此它主要用于热处理和焊接。玻璃管轴快流二氧化碳激光器的增益分布是轴对称的，光束的发散角小，功率分布也是轴对称的。因此它广泛应用于激光切割。但它需要罗兹系或涡轮风机，体积大、造价高。扩散冷却二氧化碳激光器。体积很小，光束不是圆形有一定的椭圆度，功率不是轴对称分布。为了研发在核心技术上具有我国自主知识产权，主要用于切割的二氧化碳激光器，本人98年提出了旋流(Helical flow)激光器(中国专利技术专利98113603.6)，该激光器的腔内气体流动为三维螺旋形，其激光器的体积大大减小，提高了气体激光器的光斑均匀性和光束的质量，而制造费用反而减小了。该激光器体积小、造价低、可获得百瓦级到万瓦级的优质激光束。2003年，本人在旋流(Helical flow)激光器方案的基础上又进一步改进了气体激光器的结构，提出转流(Rotation flow)激光器(中国专利技术专利2003125325.3)，该激光器的腔内气体流动为二维旋转，使激光器在体积大大减小的基础上，其内部的结构又得以简化，便于批量加工制造。但是，圆形金属腔转流激光器(中国专利技术专利2003125325.3)虽然其有优质激光束，但依然有需要进一步改进的地方。1、其阴极的寿命小于10000小时，这是因为阴极是针状金属插在绝缘陶瓷板上，散热不好，阴极长期高温工作寿命较短；2、激光器整体体积还要减小，但由于其各段的气流旋向要相同，因而整体的体积还是较大，如果体积能够再紧凑些，激光器的用料还会减少，这对于产品的推广和应用有很大的益处。
技术实现思路
本技术的目的是进一步改进二维转流(Rotation flow)激光器的结构，提出一种改进的气体激光器的气冷阴极绝缘盒及其激光器，提高使用寿命，提高发光效率，进一步缩小体积，节省材料和加工费用。本技术的技术方案是气体激光器的气冷阴极绝缘盒，其特征在于阴极片与金属散热体装在一起形成阴极单元，片头露在散热体外，散热体中有冷气流道，散热体装在绝缘盒内。如上所述的气冷阴极绝缘盒，其特征在于绝缘盒的材料为陶瓷或微晶。如上所述的气冷阴极绝缘盒，其特征在于绝缘盒中有数个小格，每个小格中装一个阴极单元。圆形金属腔转流激光器，它有箱体、风机、热交换器、圆腔、电极、工作气流、反射镜、输出镜，激光器的整个圆腔分为若干段，各段的入口流道在圆腔的圆周上错位分布，圆腔的入口流道中心线不与腔轴相交，圆腔的出口流道中心线相对于入口流道中心线偏转一个角度，其特征在于激光器的阴极有多个气冷阴极绝缘盒，气冷阴极绝缘盒中的阴极片与金属散热体装在一起形成阴极单元，片头露在散热体外，散热体中有冷气流道，散热体装在绝缘盒内。如上所述的圆形金属腔转流激光器，其特征在于绝缘盒的材料为陶瓷或微晶。如上所述的圆形金属腔转流激光器，其特征在于绝缘盒中有数个小格，每个小格中装一个阴极单元。如上所述的圆形金属腔转流激光器，其特征在于圆腔各段中的工作气流方向分别为顺时针和逆时针，风机出口位于箱体中间，圆腔各段入口流道的工作气流流向相同，圆腔中顺时针段的阴极单元位于顺时针段入口流道的右边，逆时针段的阴极单元位于逆时针段入口流道的左边。如上所述的圆形金属腔转流激光器，其特征在于其特征在于圆腔入口流道的宽度小于圆腔的直径。如上所述的圆形金属腔转流激光器，其特征在于所述风机的电动机外壳上装有水冷片，水冷片上装有水冷管。本技术具有下列优点1、阴极单元的散热好，使用寿命长，提高了激光器的发光效率。现有的针状阴极散热不好，阴极长期高温寿命较短，不到10000小时；本技术的阴极为片状，又配有金属散热体(如铜，铝，或其合金等)，散热体中的流道通有冷却气体，其导热、散热性大大提高，使用寿命可达15000小时以上；工作气体的温度降低可以提高激光器的发光效率。2、激光器整体更为紧凑，光束质量依然很好。采用风机的出口位于箱体的中间结构，并将激光腔的整个放电长度分为数段，一半的出口流道偏向左，另一半的出口流道偏向右，两部分的气流分别为顺时针和逆时针，使整个放电长度上腔内增益分布均匀，达到提高光束质量的目的；而圆腔各段入口流道的工作气流流向相同，圆腔中顺时针段的阴极单元位于顺时针段入口流道的右边，逆时针段的阴极单元位于逆时针段入口流道的左边，各段工作气流流速均匀，激光器整体结构更为紧凑。附图说明图1，是本技术激光器实施例顺时针段(段1)的结构示意图。其中，圆腔1，阳极2，水冷流道3，阴极片4，冷气流道5，铜芯6，陶瓷盒7，热交换器8，导流器9，风机10，箱体11，入口流道12，出口流道13。箭头表示气流方向。图2，是本技术激光器实施例逆时针段(段2)结构示意图。图3，是本技术气冷阴极陶瓷盒实施例的结构示意图。图4，是图3的左视图。图5，是本技术激光器实施例的工作气流旋向图。其中，图5a是各段旋向相同，图5b是各段旋向不同；F1、F2气流方向。图6、图7，是本技术激光器风机电动机水冷示意图。其中，螺钉孔14，铜管15，铜板16，电动机定子17，螺钉18，水19。具体的实施方式参见图3，是本技术的气体激光器的气冷阴极绝缘盒实施例，它有阴极单元和绝缘盒，其特征在于阴极片4与金属散热体铜芯6装在一起形成阴极单元，片头露在铜芯6外，铜芯6中有冷气流道5，铜芯6装在陶瓷盒7内。阴极片的材料有钨片，钼片，或它们的合金；散热体有铜，铝，或它们的合金；盒体有陶瓷、微晶等绝缘体；散热流体为气体。在本实施例中，阴极片4为片状钨片，片体嵌在铜芯6中(也可以压在铜芯6的表面)，片头露在铜芯6外，铜芯6中有冷气流道5，铜芯6装在陶瓷盒7的小格槽内。阴极片4在激光器工作时放电产生热量，阴极钨片上的热量以片状的接触面传给铜芯6，然后大部分被冷气流道5中的冷气从铜芯6带走，只有少部分从阴极片4的片头散发进入圆腔。阴极片4嵌在铜芯6中，接触面比传统的针要大，传热要好很多，加上通入散热气体，阴极单元的散热状况大为改善，阴极的寿命可以从针状的小于10000小时提高到本技术的15000小时以上。本技术的气冷阴极绝缘盒适用于旋流的、横流的二氧化碳和一氧化碳激光器。使用本技术的气冷阴极绝缘盒的圆形金属腔转流激光器实施例如图1、图2所示。它有箱体11、风机10、热交换器8、圆腔1、阳极2、工作气流、反射镜、输出镜，激光器的整个圆腔分为两段，两段的入口流道在圆腔的圆周上错位分布，圆腔的入口流道中心线不与腔轴相交，圆腔的出口流道中心线相对于入口流道中心线偏转一个角度，其特征在于激光器的气冷阴极绝缘盒由阴极片4、铜芯6和陶瓷盒7构成，阴极片4为片状，片体嵌在铜芯6中，片头露在铜芯6外，铜芯6中有冷气流道5，铜芯6连接在陶本文档来自技高网...

【技术保护点】
气体激光器的气冷阴极绝缘盒，其特征在于：阴极片与金属散热体装在一起形成阴极单元，片头露在散热体外，散热体中有冷气流道，散热体装在绝缘盒内。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李再光，
申请(专利权)人：李再光，
类型：实用新型
国别省市：83[中国|武汉]