专利名称：一种能够承受高功率的快速响应激光器光闸的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种能够承受高功率的快速响应激光器光闸，属于大功率固 体激光器技术领域。
背景技术：
固体激光器由于具有高能量存储，波长短、金属吸收率高、易于光纤传输 等优点在工业材料加工、表面处理及军事等领域获得越来越广泛的应用。
光闸是对从激光谐振腔出射的激光进行关闭和开放控制的 一种装置，是激 光器的重要部件。光闸的性能主要有运动元件的时间响应性，动作灵敏性和启 停时刚性冲击力的大小，以及光吸收体对高功率激光的吸收能力。这些性能直 接影响加工性能，如在激光熔覆和激光快速成型中，开光总是比送粉滞后一 段时间，这就大大影响了加工质量。所以，为了提高大功率固体激光器在工业 应用中的稳定性、安全性和可靠性以及工件的加工质量，对光闸进行了系统的 设计。
目前，常用的光闸结构有气缸带动吸收体前后运动，如图l所示；吸收体 不动，由步进电机带动齿轮齿条使激光全反镜移动(平动或转动)，图2为和 水平方向成45。角的激光全反镜平动的结构。图1结构，气缸直接带动吸收
体运动，结构简单，体积小，但是吸收体的质量较大，加之气缸自身的运动稳 定性影响，在应用过程中往往会出现吸收体动作不灵敏，响应慢，刚性冲击大，
难以保证加工质量。图2结构，是由伺服电机带动齿轮齿条机构再使激光全反 射镜移动，全反镜的质量远小于吸收体的质量，而且伺服电机运动响应性能优 于气缸，齿轮齿条运动也很平稳，此结构运动稳定性好，刚性冲击小，反应灵 敏，开关光时间短，但是这种结构复杂，所需器件多，往往体积较大，对于在 空间尺寸上有要求的情况下，使用有限制，同时这种结构成本较高。
实用新型内容
为了提高大功率固体激光器在工业应用中的稳定性、安全性和可靠性以及 工件的加工质量，设计了一种新的光闸结构。本光闸结构简单，动作灵敏，时间响应性好，开关光迅速，刚性冲击小，吸收体的吸收能力强，成本低，性价比高。
为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案，包括吸收体、激光 全反镜和气缸，从激光器发出的光，经激光全反镜反射到吸收体内。吸收体包 括壳体、内芯、尾端反射体和后端盖。其中内芯的两端与壳体固连，内芯的 外径与壳体的内径间隙配合，在内芯的外表面设置有双螺旋线，双螺旋线在一 个端部连通，双螺旋线的另一端与冷却水出入口相连；尾端反射体设置在内芯 的端部，并通过后端盖与壳体固定。气缸与激光全反镜相连，能够带动与水平 方向成45°角的激光全反镜沿竖直方向运动。
所述内芯的内表面设置有肋壁，肋壁为圆环状结构，并与内芯的内表面连 为一体，肋壁沿内芯的轴线方向均匀分布。
本实用新型的优点首先，采用气缸带动与水平方向成45。角的激光全 反镜沿竖直方向运动，气缸带动质量轻的全反镜运动，很好的改善了运动的稳 定性，减小了刚性冲击。全反镜沿竖直方向运动比沿与水平方向成45°角方 向运动，缩短了运动行程，从而在相同条件下縮短了运动时间，也就意味着縮 短了开关光的时间。其次，对吸收体的设计，采用双螺旋结构做为循环冷却水 的水流通道，增加了水流动的距离，增加了水在吸收体内部循环的时间，使得 吸收体冷却更加充分，受热更加均匀，从而也增强了吸收体对高功率激光的吸 收能力，同时内芯的内表面采用表面肋化的方法，扩大其传热面积，增强热传 递，这种结构还具有阻碍进入吸收体内的激光逸出的作用。再次，这种光闸的 整体结构简单，成本低。
图1气缸带动吸收体运动结构简图； 图2机械驱动反射镜运动结构简图； 图3本实用新型机构简图； 图4吸收体壳体结构示意图； 图5吸收体内芯结构示意图； 图6内芯内部结构示意4图7壳体、内芯组合示意图8后端盖结构示意图；a、后端盖整体示意图，b、后端盖剖切图
图9尾端反射体结构示意图IO后端盖与尾端反射体组合示意图中1、激光器，2、吸收体，3、外部热交换器，4，激光全反镜，5、气
缸，6、齿轮，7、齿条，8步进电机，9、进水口， 10、出水口， 11，螺纹连 接孔，12、吸收体外壳内孔，13、双螺旋水流通道，14、吸收体内芯内孔，15、 肋壁，16、沉头孔。
具体实施方式
以下结合附图3 图IO对本实用新型作进一步说明
本实施例的结构简图如图3所示，包括吸收体2、激光全反镜4和气缸5。 气缸5带动与水平方向成45°角的激光全反镜4沿竖直方向运动如图3所示， 当激光全反镜处于图3所示位置时，水平方向的激光束通过全反镜反射到静止 的吸收体内部，光闸处于关闭状态。当激光全反镜沿竖直方向运动，脱离激光 束区域时，激光束引入到加工位置，光闸开启。
激光吸收体由壳体(图4)，内芯(图5)，后端盖(图8)，以及尾端反射 体(图9)组成。壳体，内芯，后端盖由不锈钢材料加工而成，尾端反射体由 铜加工形成。壳体(图4)为长方体结构，中心加工一个通深的光孔12,上表 面加工两个螺纹孔，作为吸收体于外部热交换器的连接口，进水口9和出水口 IO的大小尺寸和位置尺寸由内芯(图5)的双螺旋结构的尺寸决定；内芯(图
5) 为管状结构，其外径尺寸同壳体(图4)内孔径尺寸为小间隙配合，内芯 外表面加工成双螺旋结构并在一端相连，作为水流通道13，内芯的内表面(图
6) 采用表面肋化的方法，加工成肋壁15的结构。壳体和内芯通过端面焊接的 方式相连接，焊接后经过铣削，抛光处理如，这样连接起来的整体内部就形成 了一个水循环通道，设计成双螺旋结构使得水流可以来回两次流经吸收体，增 加了水流动的距离，增加了水流在吸收体内部循环的时间，使得吸收体冷却更 加充分，受热更加均匀。壳体上部按照内芯双螺旋的螺距加工出两螺纹孔用来 同外部热交换器连接，外部热交换器的水从进水口9进入吸收体，流经螺旋式水流通道在吸收体内部循环一周后，通过出水口 io流出吸收体。
后端盖(如图8所示)的中心加工一沉头孔16，用来固定尾端反射体(如 图9所示)，两部分用螺纹连接成整体，如图10所示，使得进入吸收体的光不 会透射出去。反射体由铜加工而成，前部设计成锥形，后部为圆柱形，圆柱形 外径同内芯的内孔径为小间隙配合。最后将尾端反射体与后端盖的组合体同壳 体与内芯的组合体通过螺纹连接形成吸收体。尾端反射体加工成锥状体，这样 进入吸收体内部的激光束，经过反射体而变得发散，不沿原路返回而全部被吸 收体吸收，锥形表面进行抛光处理增加其反射率。然后壳体同内芯的组合体， 后端盖同尾端反射体的组合体再通过螺纹连接构成一个整体，形成吸收体。
本实施例结构简单，动作灵敏，时间响应性好，开关光迅速，刚性冲击 小，吸收体的吸收能力强，能够承受高功率，成本低，性价比高。
权利要求1、一种能够承受高功率的快速响应激光器光闸，包括吸收体、激光全反镜和气缸，从激光器发出的光，经激光全反镜反射到吸收体内；其特征在于所述吸收体包括壳体、内芯、尾端反射体和后端盖；其中内芯的两端与壳体固连，内芯的外径与壳体的内径间隙配合，在内芯的外表面设置有双螺旋线，双螺旋线在一个端部连通，双螺旋线的另一端与冷却水出入口相连；尾端反射体设置在内芯的端部，并通过后端盖与壳体固定；气缸与激光全反镜相连，能够带动与水平方向成45°角的激光全反镜沿竖直方向运动。
2、 根据权利要求l所述的一种能够承受高功率的快速响应激光器光闸，其特 征在于所述内芯的内表面设置有肋壁。
3、 根据权利要求2所述的一种能够承受高功率的快速响应激光器光闸，其特 征在于所述肋壁为与内芯的内表面连为一体的圆环状结构。
4、 根据权利要求2或权利要求3所述的一种能够承受高功率的快速响应激光 器光闸，其特征在于所述肋壁沿内芯的轴线方向均匀分布。
专利摘要本实用新型是一种能够承受高功率的快速响应激光器光闸，属于大功率固体激光器技术领域。该光闸包括吸收体、激光全反镜和气缸。吸收体包括壳体、内芯、尾端反射体和后端盖。内芯的两端与壳体固连，内芯的外径与壳体的内径间隙配合，在内芯的外表面设置有双螺旋线。尾端反射体设置在内芯的端部。气缸带动与水平方向成45°角的激光全反镜沿竖直方向运动，全反镜沿竖直方向运动比沿与水平方向成45°角方向运动，缩短了运动行程，从而缩短了运动时间。双螺旋结构做为循环冷却水的水流通道，增加了水流动的距离，增加了水在吸收体内部循环的时间，使得吸收体冷却更加充分，受热更加均匀，从而也增强了吸收体对高功率激光的吸收能力。
文档编号G02B26/08GK201348677SQ20092010513
公开日2009年11月18日 申请日期2009年1月16日 优先权日2009年1月16日
发明者姜梦华, 惠勇凌, 强 李, 訇 雷 申请人:北京工业大学