高压红外型二氧化碳激光管的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高压红外型二氧化碳激光管的制备方法，通过对高压红外型二氧化碳激光管的制备方法中依次包括的内部水平设有两个液态树脂腔层底板的预处理、内部等距离设有多个衬底膜腔层中间板加工、内设多个水平放置的玻璃纤维光栅层顶板的处理等的独特创新设计，克服了现有技术二氧化碳激光器存在的结构复杂、精度低、光纤折叠抵消大、性能稳定性低、调整复杂等技术问题；有效的实现了使用可靠、很大程度提高稳定性、精确度高、调整简单方便、体积小，重量轻，不受温度变化影响，大幅度减少光束平移旋转变化中强度损失等有益效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光管
，尤其涉及一种二氧化碳激光管的制备方法，更具体的说涉及一种。
技术介绍
二氧化碳激光管的市场潜力巨大，近年来市场需求量每年均以几何级数增长，广泛应用于各行各业，对非金属及金属材料进行切割、打孔、雕刻、标记、淬火、熔覆、焊接等激光加工。目前，市场上存在两类中小功率二氧化碳激光器，一类是射频激励金属管，简称射频管，另一类是直流激励玻璃管，简称玻璃管。射频管能够满足市场对激光加工的精度要求，但价格极其昂贵，在中国国内及其它发展中国家难以得到大规模的推广应用。玻璃管采用烧制工艺制作，目前的玻璃烧制技术在管的直线度方面存在较大的误差，尤其是管的长度越长，直线度方面的误差就越大。激光管中放电管越长，激光管的输出功率就越大，激光加工的效果就越好，而放电管越长其烧结直线度就越差，从而影响输出激光的光斑模式，影响激光加工质量。目前生产的玻璃管中放电管的直线度较差，所产生的激光斑分布不均匀，光斑模式差，发散角大，导致会聚后的光点较粗，使激光加工的精度和效果大打折扣。从而使激光管的长度与其光斑模式形成一对不可克服的矛盾。所以，本行业仍然无法实现提供一种价格便宜，输出功率较大，加工精度高的激光管，这也是已经成为本行业技术人员研究的重要难度的课题。然而，中功率(数百瓦?千瓦)的激光器市场潜力巨大，但到现在为止，还没有用户满意的实用产品，为了获得中功率的激光输出，在目前国内的一种方案是加长放电区，由于放电区太长，导致激励电压高，运输不便，其第二种方案是采用“V”形、“II”形或“v”+ “II”形状的折叠光路结构，再用机械方法将其固定起来，查中国专利告号为CN2190358Y，名称为“桁架式石英折叠气体激光器”就是采用这种结构的，它的主权利要求是这样描述的“一种桁架式石英折叠气体激光器，包括带有安装机构的左支架和右支架，其特征是，若干根石英放电管依次折叠且经连通光路的反光镜首尾相接，所述各石英放电管在靠近其两端的部位用徽膨胀材料之支架将所述石英放电管联结构成刚性桁架，由此构成的激光器石英放电管一端为帖有输出镜的输出窗口而另一端有谐振控反射镜。”而这种结构的激光器在实施中采用的微膨胀材料一般都是金属的，因此，按照这种结构制作而成的激光器，其体积大，重量重，由于放电管材料与金属固定材料两者的膨胀系数相差甚大，因此在不同温度下致使激光功率输出很不稳定，严重时甚至引起炸裂，使放电管完全损坏。另一种方案是采用快速流动气体激励，制成横流或轴激光器，其结果也是体积庞大，重量重，噪声污染严重，并且耗气量大，运行成本高。为了解决这种现状，国外采用了一种射频(RF)激励技术，制成板条形成激光器，按照这种技术制成的激光器体积小，重量轻，寿命长，无噪声，但其价格昂贵，难以在我国广泛地推广应用。相对比的，与其它气体激光管对比发现，专利技术专利“大功率氦氖激光器”，即中国专利号:85100563，提出了用扁平放电管技术设计、制造氦氖激光管，可适当增加放电管的横向截面而明显提高激光器的激光输出功率，从而获得大功率氦氖激光输出。并用软玻璃经低熔点封接技术封接成氦氖激光管管壳。该专利是典型的外腔气体激光管结构，即激光管是由放电管、两电极泡、两布氏窗片构成的气密容器，而构成光学谐振腔的两介质膜反射镜是置于激光管外，装在微型调节架上，调节它们与激光管轴垂直，使光学谐振腔谐振而获得激光输出。这样由于两布氏窗片插入两介质膜反射镜构成的光学谐振腔内，增加了腔内光学损耗，不利于提高激光功率，也增加了激光器结构的复杂性和提高了成本。虽然这种结构对激光器制造者来说，便于调整光学谐振腔。但对不熟悉激光技术的用户来说，使用就很不方便。技术专利“多管气体激光器用扁平气体激光管”，专利号:ZL00221758.9，针对上述激光器中的激光管结构的一种改进，其结构是在激光器的左端贴以一介质膜反射镜，而其右端贴以一布氏窗片，这是典型的半外腔气体激光管结构，即激光管是由扁平放电管，两电极泡、一介质膜反射镜和一布氏窗片构成的气密容器。构成光学谐振腔的另一介质膜反射镜置于激光管外(右端)，装在微型调节架上，调节该反射镜使与管轴垂直，使光学谐振腔谐振而获得激光输出。与专利技术专利“大功率氦氖激光器”相比，这种结构对制造者而言，确实减少了激光器结构的复杂性和降低成本，也便于维护和使激光器结构紧凑，但对于不熟悉激光技术的用户而言，仍然使用不便，往往须依赖于厂家调整、维修。为了增加激光的方向性和发光效率,偏振兀件如布儒斯特窗被广泛的应用于激光器中，光线以布鲁斯特角射入布儒斯特窗中，使激光发生线偏振，为了获得高质量的线偏振光，镜片与入射光之间的角度非常重要。美国专利US4896330公开了一种装有布儒斯特窗的激光器，激光器腔体设有一管，激光由管输出到腔体外，管的一端加工成一 67度的斜角，布儒斯特镜被组装于管端。但是，此种结构镜片装好后就不能在调节，若加工角度不准会造成偏振效果不理想。以上这些专利解决了氦氖激光器获得高功率输出问题，这种氦氖激光器与同样长度的一般氦氖激光器相比，其输出功率确实能成倍提高，其结构也确是国内外首创的。为改善腔内损耗和使用方便，最初也尝试过采用内腔结构，即构成光学谐振腔的两介质膜反射镜直接贴于激光管的两端，其结果却出乎意料，以同样的制造工艺制成的激光管的输出功率相差很大，在激光管制造过程中，要求两介质膜反射镜与激光管轴严格垂直，按一般圆截面内腔氦氖激光管的反射镜对光检验方法，制成的扁平截面内腔氦氖激光管能获得最大激光输出功率的几率不高，也就是说，同样的制造工艺制成的激光管的输出功率相差很大，一般来说，能出激光，但输出功率不大，以致激光管制造成品率很低。曾这样试制18支1.5米长内腔结构扁平放电截面氦氖激光管，其中约有60?70%的激光管输出功率只有30?80晕瓦，约有30?40%的激光管输出功率也只有80?135晕瓦,而极个别激光管输出功率可达214毫瓦。输出功率最大与最小之比竟达7倍左右，要有把握做成高功率输出几乎是不可能的，更谈不上合格率。经近若干年的不断研究探索，发现激光管输出功率与构成光学谐振腔的凹面球面介质膜反射镜绕管轴旋转的方位有关，但这方位是未知的，内腔结构中的介质膜反射镜是固定不变的，因此要有把握制成内腔高功率扁平放电管氦氖激光器几乎是不可能的。扁平放电管氦氖激光器只能采用外腔或半外腔结构，因为这种结构可以在激光管获得激光输出后再调整凹面球面介质膜反射镜绕管轴旋转的方位，从而获的最大激光输出。但就现有技术相比较而言，这种外腔或半外腔结构对制造者而言，增加激光器结构的复杂性和成本，虽便于调整，但对于不熟悉激光技术的用户而言，使用很不便，往往须依赖于厂家调整和维修。而且由于腔内插入布氏窗片和有一段光程暴露于大气，增加了腔内损耗，影响提高激光输出功率。尤其是大气尘埃对布氏窗片和凹面球面介质膜反射镜的污染，会严重影响激光输出功率，尽管采取各种防尘措施(或超净环境)，一般也要每隔3?6个月擦洗一次布氏窗片和凹面球面介质膜反射镜(这些问题对内腔管来说是不存在的)，这些问题很明显大大影响这种高功率扁平放电管氦氖激光器的应用和推广。经过不断的技术研究发展，目前，不同工艺处理方法对于激光管的性能特点上有较大的差异，成本和工艺复杂程度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压红外型二氧化碳激光管的制备方法，所述高压红外型二氧化碳激光管内由上至下依次设置有上述顶板、上述中间板和上述底板，其中，所述顶板内设多个水平放置的玻璃纤维光栅层、所述中间板内部等距离设有多个衬底膜腔层，所述底板内部水平设有两个液态树脂腔层；其特征在于，所述高压红外型二氧化碳激光管的制备方法依次包括以下步骤：内部水平设有两个液态树脂腔层底板的预处理、内部等距离设有多个衬底膜腔层中间板加工、内设多个水平放置的玻璃纤维光栅层顶板的处理；其中，上述步骤具体如下：所述内部水平设有两个液态树脂腔层底板的预处理包括以下工序：选取热塑性树脂原料，再将所述热塑性树脂、甲基六氢苯酐和羟基硅油均匀混合后进行活性处理，再经过四次高温处理为均一液态树脂透明层，冷却后在内部水平形成两个液态树脂腔透明层；其中，所述热塑性树脂、甲基六氢苯酐和羟基硅油分别按照重量份数为69份、2份、3份进行均匀混合，所述活性处理是在充满氮气的反应釜中进行的，上述反应釜内置有重量份数分别为1份、3份、2份的稀释剂、改性剂、硅微粉，将上述均匀混合的热塑性树脂、甲基六氢苯酐和羟基硅油混合物与上述稀释剂、改性剂、硅微粉充分搅拌混合均匀；再将经过活性处理的混合均匀物和环氧固化剂按3：1混合，先将其置于156℃温度下，保持230分钟，其中第130分钟开始反应，到230分钟后粘度控制在770?790CPs；再将其置于127℃温度下，保持320分钟，其中第180分钟开始反应，到320分钟后粘度控制在1650?1740CPs；再将其置于96℃温度下，保持280分钟，其中第160分钟开始反应，到280分钟后粘度控制在1950?2060CPs；再将其置于80℃温度下，保持420分钟，其中第310分钟完全固化后保持110分钟；所述水平形成两个液态树脂腔透明层中的所述两个液态树脂腔内部中央位置分别设有两个二氧化碳激光振荡器；所述内部等距离设有多个衬底膜腔层中间板加工包括以下工序：在塑料薄膜原料、偏振薄膜、玻璃板依次层叠而成的衬底膜，其中，所述衬底膜的表面上层叠电介质膜构成了红外线反射衬底膜，所述红外线反射衬底膜在220～360℃的温度范围内，其热收缩率控制在0.74～85％的范围，其弹性模量控制在150～1850MPa的范围，其每米宽度受到30N拉伸力时，该塑料薄膜的伸长率小于0.1％；所述多个衬底膜腔层中每个衬底膜腔内中央位置均设有光束会聚装置；所述内设多个水平放置的玻璃纤维光栅层顶板的处理包括以下工序：所述玻璃纤维光栅层由下至上依次由玻璃纤维基底、金属银膜、SiO2介质膜、TiO2介质膜、ZnS膜以及表面光栅结构；其中，所述多个水平放置的玻璃纤维光栅层顶板的下表面设有扁平激光管微调机构。...

【技术特征摘要】
1.一种高压红外型二氧化碳激光管的制备方法，所述高压红外型二氧化碳激光管内由上至下依次设置有上述顶板、上述中间板和上述底板，其中，所述顶板内设多个水平放置的玻璃纤维光栅层、所述中间板内部等距离设有多个衬底膜腔层，所述底板内部水平设有两个液态树脂腔层；其特征在于，所述高压红外型二氧化碳激光管的制备方法依次包括以下步骤:内部水平设有两个液态树脂腔层底板的预处理、内部等距离设有多个衬底膜腔层中间板加工、内设多个水平放置的玻璃纤维光栅层顶板的处理；其中，上述步骤具体如下: 所述内部水平设有两个液态树脂腔层底板的预处理包括以下工序:选取热塑性树脂原料，再将所述热塑性树脂、甲基六氢苯酐和羟基硅油均匀混合后进行活性处理，再经过四次高温处理为均一液态树脂透明层，冷却后在内部水平形成两个液态树脂腔透明层；其中，所述热塑性树脂、甲基六氢苯酐和羟基硅油分别按照重量份数为69份、2份、3份进行均匀混合，所述活性处理是在充满氮气的反应釜中进行的，上述反应釜内置有重量份数分别为I份、3份、2份的稀释剂、改性剂、硅微粉，将上述均匀混合的热塑性树脂、甲基六氢苯酐和羟基硅油混合物与上述稀释剂、改性剂、硅微粉充分搅拌混合均匀；再将经过活性处理的混合均匀物和环氧固化剂按3:1混合，先将其置于156°C温度下，保持230分钟，其中第130分钟开始反应，到230分钟后粘度控制在770-790CPS ;再将其置于127°C温度下，保持320分钟，其中第180分钟开始反应，到320分钟后粘度控制在1650-1740CPS ;再将其置于96°C温度下，保持280分钟，其中第160分钟开始反应，到280分钟后粘度控制在1950-2060CPS ；再将其置于80°C温度下，保持420分钟，其中第310分钟完全固化后保持110分钟；所述水平形成两个液态树脂腔透明层中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵立泉，张利昌，
申请(专利权)人：北京镭海激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：