专利名称：一种用于高功率co的制作方法
技术领域：
本实用新型属于激光领域，主要用于高功率CO2激光系统。
高功率CO2激光输出窗口是激光器成套设备中最关键的元件。没有输出窗口，就没有激光器。激光输出窗口(以下简称窗口)有两个基本功能一是与反射镜以及其它元件一起构成激光谐振腔，由激光谐振腔产生激光振荡而获得激光输出；二是隔离激光工作气体(CO2激光的气体是密封在激光器的外壳中)和大气。目前，工业用的高功率CO2激光窗口所用的材料主要是砷化镓(GaAs)晶体和硒化锌(ZnSe)晶体，它们都十分昂贵，使用寿命通常不到1000小时，属于易损件。现在普通激光窗口的平均功率水平在5千瓦左右。10千瓦的激光窗口比较少见并且寿命很短，一般不超过500小时。功率水平的限制就导致了CO2激光的工业应用受到了极大的限制。目前，国内外激光窗口的冷却一般采用水冷方式。具体的做法是做一个冷却装置，用导热较好的纯铜做窗口支架，这个窗口支架上加工有激光输出口(一般为圆形)和循环水冷却通道，用恒温的水来冷却支架。窗口装配在水冷支架上，圆周有一圈密封圈用于气体密封，同时有一圈紧贴着支架，就是依赖这一圆环状的区域的热传导将由于窗口吸收引起的热量带走，达到冷却激光窗口的目的。一般说，激光窗口的圆环状冷却带的面积约为窗口面积的十分之一到五分之一，因为窗口中心必须通过激光所以无法冷却，因此窗口是中心温度高、边沿温度低，最后是根据具体情况到达一个稳定的温度分布状态。功率越高，中心温度越高。边沿温度越高，中心温度也越高。窗口的中心温度和边沿温度总有一个温度梯度。当中心温度到达足以引起破坏或者炸裂时，窗口就会报废。根据目前的统计结果，无论是多么优质的窗口材料，这种冷却方式的实用化窗口，功率水平只能在5千瓦左右，寿命不超过1000小时；10千瓦的激光窗口比较少见并且寿命很短，一般不超过500小时；目前这样的激光窗口的价格约为500到800美圆，实际成本是比较高的。由此可见，目前的窗口冷却装置的主要缺点是使用功率水平低，寿命短，成本高。
针对原有冷却装置的上述缺点，本实用新型的目的是提供一种高功率CO2激光输出窗口的冷却装置，这是一种用循环水冷却窗口边沿圆环和涡漩气流冷却窗口中心相结合的窗口冷却装置。其承受的最大激光功率水平可以达到20千瓦，在10千瓦功率水平的使用寿命达到2000小时。
1、为了实现上述目的，本实用新型采用了以下的设计方案结构。这种激光窗口冷却装置，它至少包括激光窗口、窗口冷却支架、循环水套、旋流气体冷却组件、宫型弹簧、密封圈、压紧法兰组成，其激光窗口布置在窗口冷却支架内圆的台阶上，在激光窗口圆周嵌设有密封圈和压紧垫圈，旋流气体冷却组件的外圈与激光窗口周边贴合，并用压紧法兰固定；在旋流气体冷却组件的上端面布置有宫型弹簧，并用压紧法兰固定；所述的旋流气体冷却组件的上端面内圈上打有出气小孔，其孔径在0.2至1mm之间；所述旋流气体冷却组件上端面布置的宫型弹簧，其沿圆周面设有缓冲变形的长槽；所述的窗口冷却支架下端外圆设有沿支架的环形循环水套，其一端为进水端，另一端为出水端。
下面进一步用
本实用新型的结构附图1是本实用新型的整体结构示意图；附图2是附图1中旋流气体冷却组件结构示意图。
其图1中(1)为激光窗口，其材料为砷化镓(GaAs)晶体或者硒化锌(ZnSe)晶体；(2)为窗口冷却支架，其材料为紫铜，主要要求是导热好，在冷却支架上加工了循环水通道；(3)为循环水套；(4)、(5)分别为进、出循环水管；(6)为密封圈，这是标准的工业橡皮密封圈；(7)为压紧密封圈的垫圈；(8)为压紧密封圈的带螺纹的法兰，(6)、(7)、(8)是解决窗口与激光器的密封问题起到隔离激光气体与大气的作用，此外大气压力又使窗口的外圈紧贴冷却支架而传导由窗口吸收激光而产生的热量；(9)是旋流气体冷却组件，其具体结构如附图2所示；(10)是紧靠旋流气体冷却组件的宫型弹簧；(11)是压紧旋流气体冷却组件的带螺纹的法兰，(9)、(10)、(11)从结构上保证了旋流气体冷却组件一方面起到传导窗口上一部分热量的作用，更重要另一方面是通过旋流气体冷却窗口的中心部位，此外有弹簧存在就可以释放由于窗口热膨胀引起的应力而防止窗口炸裂。图2中(12)是旋流气体冷却外圈，材料为紫铜；(13)是进气管；(14)是旋流气体冷却内圈，在内圈上打有多个出气小孔，孔的直径在0.2到1毫米之间，孔的方向是既在轴向有一定的倾斜角度，又在切向有一定的倾斜角度，这样气体就既吹向中心又能产生气流旋转后从中心处流出，最终将窗口上的热量带走使窗口的温度降低并维持温度均匀。总之，这样的冷却装置一方面用循环水冷却窗口边沿圆环有效地将窗口边沿冷却、另一方面用涡漩气流冷却窗口中心将窗口中心的温度降低并维持温度均匀，达到高效率冷却窗口、提高窗口的激光功率承受水平、避免在不太高的功率水平破坏、提高窗口寿命的目的。
本实用新型的优越性在于，高效率冷却激光窗口，激光窗口的承受功率水平高、寿命长，实际上大幅度地降低了使用成本。
本实用新型的一个应用实例如下使用直径60毫米的砷化镓(GaAs)窗口，透过率为36％，窗口镀膜后的总体吸收率不超过1.5％，边沿循环水冷却圆环的宽度为6毫米，激光窗口的通光口直径为48毫米，产生涡旋气流的气体压力为0.5公斤/平方厘米，这样的冷却装置的成本只在原来的基础上增加了不到20美圆，但承受激光的功率是原来的2倍以上(10千瓦到20千瓦)、窗口的使用寿命是原来的4倍(2000小时)以上。
权利要求1.一种用于高功率CO2激光输出窗口的冷却装置，它至少包括激光窗口、窗口冷却支架、循环水套、旋流气体冷却组件、宫型弹簧、密封圈、压紧法兰组成，其特征在于激光窗口布置在窗口冷却支架内圆的台阶上，在激光窗口圆周嵌设有密封圈和压紧垫圈，旋流气体冷却组件的外圈与激光窗口周边贴合，并用压紧法兰固定；在旋流气体冷却组件的上端面布置有宫型弹簧，并用压紧法兰固定。
2.根据权利要求1所述的一种用于高功率CO2激光输出窗口的冷却装置，其特征在于所述的旋流气体冷却组件的上端面内圈上打有出气小孔，其孔径在0.2至1mm之间。
3.根据权利要求1所述的一种用于高功率CO2激光输出窗口的冷却装置，其特征在于所述旋流气体冷却组件上端面布置的宫型弹簧，其沿圆周面设有缓冲变形的长槽。
4.根据权利要求1所述的一种用于高功率CO2激光输出窗口的冷却装置，其特征在于所述的窗口冷却支架下端外圆设有沿支架的环形循环水套，其一端为进水端，另一端为出水端。
专利摘要一种用于高功率CO
文档编号H01S3/041GK2469589SQ0121259
公开日2002年1月2日 申请日期2001年2月28日 优先权日2001年2月28日
发明者陈清明 申请人:陈清明