本发明涉及激光器领域，特别是涉及一种应用于激光器的混合气体。
背景技术：
二氧化碳激光器因其优越的光束质量和高性价比而在激光器家族中占有重要的位置，其在材料加工行业有着最广泛的应用。
目前，传统的直流玻璃管激光器正在被新一代的射频激励密封型二氧化碳激光器所取代。针对这种新型二氧化碳激光器，由于气体是密封在激光腔内，它的稳定性直接影响到激光器的性能和使用寿命。通常，二氧化碳激光器腔内的气体介质不是纯二氧化碳气体，而主要由二氧化碳、氮气和氦气及少量的辅助气体按一定比例混合而成。阎吉祥，激光原理与技术，高等教育出版社，2004。
亚当等人给出了一个典型的混合气体比为CO2:N2:He＝1:9:15。亚当.赛宁，安德烈.彻努科，格日娜.雷博祖科，工作介质组分对二氧化碳激光器性能的影响，SPIE会议论文集，第4237卷，2000年，219页。(Adam Cenian,Andrey Chernukho,Grazyna Rabczuk.Investigations of the influence of working mixture composition on a CO2 laser performance.Proceedings of SPIE Vol.4237,2000,219)
在射频放电过程中，混合气体的成份并不是固定不变的，会随气体的电离和电子的碰撞而发生变化。二氧化碳气体会发生如下的反应：
CO2+e→CO+O+e (1)
CO2+e→CO+O- (2)
伴随气体反应，混合气体中会产生一系列反应产物像CO、O、O-及O2、NO等。反应导致二氧化碳气体的分解，其分解过程可用如下的平衡方程来简单描述：
由公式(3)可看出，当反应达到平衡时，如果CO和O2的含量不变，则CO2组分应保持不变。然而，反应生成的CO和O2会不断的被腔内的电极及其他材料(通常为铝合金)所消耗，促使上述反应不断向右进行，导致CO2气体含量不断减少，激光的输出功率不断下降。威尔弗里德.哈斯，铁雄岸本，射频激励密封型二氧化碳激光器中气体组分的研究，SPIE会议论文集，第1276卷，1990年，49页。(Wilfried Haas,Tetsuo Kishimoto.Investigation of the gas composition in sealed-off RF-excited CO2 lasers.Proceedings of SPIE Vol.1276,1990,49)
因此，如何防止CO2气体的分解和保持混合气体的稳定性在很大程度上决定了二氧化碳激光器的寿命和可靠性。
为防止反应生成的CO和O2与腔内的材料发生氧化反应，目前业界的做法是通过对腔体和电极材料的表面处理(钝化)来阻断或减缓它的氧化速率。比如，铝的表面阳极化、无电镀镍。另外，在电极或其他部件上表面镀金被认为有利于促进(3)式的平衡向生成CO2的方向移动。这些措施的采用极大的改善了激光器的使用寿命，尤其是改善了当激光器在连续工作条件下的使用寿命。
但这些处理措施不但会增加当激光器的成本，而且，当激光器工作在不断地开关及温度变化强烈的环境下，铝合金表面的保护层会由于热疲劳而遭到破坏，从而一方面引起CO2气体的分解；另一方面，破裂的表面层会产生大量的细小的氧化物颗粒，这些细颗粒会在腔内运动并附着到光学镜面上，从而造成镜面的光学损伤。
因此，寻找有效简便的方法保持CO2组分的稳定性已成为延长二氧化碳激光器使用寿命的关键技术。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种延长二氧化碳激光器使用寿命的混合气体。该混合气体可以保持CO2组分的稳定性，从而延长二氧化碳激光器的使用寿命。
一种延长二氧化碳激光器使用寿命的混合气体，包括氮气、二氧化碳、一氧化碳、氧气、氙气和氦气，其体积分数分别为：
本发明所述的延长二氧化碳激光器使用寿命的混合气体，包括氮气、二氧化碳、一氧化碳、氧气、氙气和氦气，其体积分数可进一步优选为：
本发明所述的延长二氧化碳激光器使用寿命的混合气体，包括氮气、二氧化碳、一氧化碳、氧气、氙气和氦气，其体积分数可优选为：
本发明所述的延长二氧化碳激光器使用寿命的混合气体，包括氮气、二氧化碳、一氧化碳、氧气、氙气和氦气，其体积分数可优选为：
本发明所述的延长二氧化碳激光器使用寿命的混合气体，包括氮气、二氧化碳、一氧化碳、氧气、氙气和氦气，其体积分数可优选为：
本发明所述的延长二氧化碳激光器使用寿命的混合气体，包括氮气、二氧化碳、一氧化碳、氧气、氙气和氦气，其体积分数可优选为：
本发明所述的延长二氧化碳激光器使用寿命的混合气体，包括氮气、二氧化碳、一氧化碳、氧气、氙气和氦气，其体积分数可优选为：
本发明所述的延长二氧化碳激光器使用寿命的混合气体，包括氮气、二氧化碳、一氧化碳、氧气、氙气和氦气，其体积分数可优选为：
本发明所述的延长二氧化碳激光器使用寿命的混合气体，包括氮气、二氧化碳、一氧化碳、氧气、氙气和氦气，其体积分数可优选为：
本发明所述的延长二氧化碳激光器使用寿命的混合气体，包括氮气、二氧化碳、一氧化碳、氧气、氙气和氦气，其体积分数可优选为：
本发明所述的延长二氧化碳激光器使用寿命的混合气体，是将各种组分气体按照所需的量进行均匀混合而成。
根据下式可知，如果在二氧化碳激光器的激光腔内的混合气体中预先加入一定量的氧气，对CO2的分解将起到有效的阻碍作用。
混合气体中的氧气通常被认为会阻碍气体的电离，从而难以产生激光或降低激光的输出功率。B.A.科兹洛夫，V.I.索罗约夫，纵向脉冲型二氧化碳激光器中气体混合物的分解与再生，SPIE会议论文集，第2713卷，1995年，178页。(B.A.Kozlov,V.I.Solovyov.Decomposition and regeneration of gas mixtures in CO2longitudinal pulse discharge lasers.Proceedings of SPIE Vol.2713,1995,178)
二氧化碳激光器的使用寿命的测定方法：
(1)选用相干55瓦气冷射频激励密封二氧化碳激光器，将不同气体配方的混合气体重新充入激光腔内。充气前，将激光腔在100℃的烤箱内烘烤1小时以排除激光腔内的残余气体。
(2)激光器在连续条件下运行5分钟，然后关闭1分钟，重复这个周期过程直到5000个循环为止。每隔1000个循环测量并记录激光器的输出功率。功率测量用相干PM-150功率计。混合气体成分对激光器寿命的影响用每循环千次功率下降百分比的平均值来表示。激光器的使用寿命定义为功率下降百分之二十时的循环数。
部分实验结果见表1。
表1不同混合气体对激光器输出功率和使用寿命的影响
由表1的试验数据可看出，当氧气含量过高(体积分数超过4％)，激光器无法启动，没有功率输出。而当氧含量低于4％(体积分数)，激光器的循环使用寿命明显得到改善。同标准的无氧混合气体相比(表1中的配方-1)，相同结构的激光器的使用寿命，尤其是在需要不断的开、关激光器的使用条件下，可延长寿命达20％以上(对比表1中的配方-1和配方-3)。
本发明所述的延长二氧化碳激光器使用寿命的混合气体与现有技术相比，其有益效果在于：
(1)本发明的混合气体可以防止CO2气体的分解，保持CO2组分的稳定性，进而保证二氧化碳激光器的激光输出功率的稳定性。
(2)本发明的混合气体使得二氧化碳激光器的使用寿命大大改善，延长使用寿命达20％以上。
(3)本发明成本低廉，大大降低了激光器的成本，而且避免了其他表面处理方法所导致镜面的光学损伤。
下面结合具体实施例对本发明的延长二氧化碳激光器使用寿命的混合气体作进一步说明。
具体实施方式
实施例1
一种延长二氧化碳激光器使用寿命的混合气体，包括氮气、二氧化碳、一氧化碳、氧气、氙气和氦气，其体积分数为：
实施例2
一种延长二氧化碳激光器使用寿命的混合气体，包括氮气、二氧化碳、一氧化碳、氧气、氙气和氦气，其体积分数为：
实施例3
一种延长二氧化碳激光器使用寿命的混合气体，包括氮气、二氧化碳、一氧化碳、氧气、氙气和氦气，其体积分数为：
实施例4
一种延长二氧化碳激光器使用寿命的混合气体，包括氮气、二氧化碳、一氧化碳、氧气、氙气和氦气，其体积分数为：
实施例5
一种延长二氧化碳激光器使用寿命的混合气体，包括氮气、二氧化碳、一氧化碳、氧气、氙气和氦气，其体积分数为：
实施例6
一种延长二氧化碳激光器使用寿命的混合气体，包括氮气、二氧化碳、一氧化碳、氧气、氙气和氦气，其体积分数为：
实施例7
一种延长二氧化碳激光器使用寿命的混合气体，包括氮气、二氧化碳、一氧化碳、氧气、氙气和氦气，其体积分数为：
实施例8
一种延长二氧化碳激光器使用寿命的混合气体，包括氮气、二氧化碳、一氧化碳、氧气、氙气和氦气，其体积分数为：
实施例9
一种延长二氧化碳激光器使用寿命的混合气体，包括氮气、二氧化碳、一氧化碳、氧气、氙气和氦气，其体积分数为：
实施例10
一种延长二氧化碳激光器使用寿命的混合气体，包括氮气、二氧化碳、一氧化碳、氧气、氙气和氦气，其体积分数为：
实施例11
一种延长二氧化碳激光器使用寿命的混合气体，包括氮气、二氧化碳、一氧化碳、氧气、氙气和氦气，其体积分数为：
实施例12
一种延长二氧化碳激光器使用寿命的混合气体，包括氮气、二氧化碳、一氧化碳、氧气、氙气和氦气，其体积分数为：
为突出本发明的有益效果，还进行了以下对比试验：
对比例1
一种用于二氧化碳激光器的混合气体，包括氮气、二氧化碳、一氧化碳、氧气、氙气和氦气，其体积分数为：
对比例2
一种用于二氧化碳激光器的混合气体，包括氮气、二氧化碳、一氧化碳、氙气和氦气，其体积分数为：
对比例3
一种用于二氧化碳激光器的混合气体，包括氮气、二氧化碳、一氧化碳、氙气和氦气，其体积分数为：
对比例4
一种用于二氧化碳激光器的混合气体，包括氮气、二氧化碳、一氧化碳、氧气、氙气和氦气，其体积分数为：
对比例5
一种用于二氧化碳激光器的混合气体，包括氮气、二氧化碳、一氧化碳、氧气、氙气和氦气，其体积分数为：
对比例6
一种用于二氧化碳激光器的混合气体，包括氮气、二氧化碳、一氧化碳、氧气、氙气和氦气，其体积分数为：
对比例7
一种用于二氧化碳激光器的混合气体，包括氮气、二氧化碳、氙气和氦气，其体积分数为：
氮气 12％；
二氧化碳 12％；
氙气 6％；
其余全部为氦气。
本发明实施例和对比例中测定二氧化碳激光器使用寿命的方法为：
(1)选用相干55瓦气冷射频激励密封二氧化碳激光器，将不同气体配方的混合气体重新充入激光腔内。充气前，将激光腔在100℃的烤箱内烘烤1小时以排除激光腔内的残余气体。
(2)激光器在连续条件下运行5分钟，然后关闭1分钟，重复这个周期过程直到5000个循环为止。每隔1000个循环测量并记录激光器的输出功率。功率测量用相干PM-150功率计。混合气体成分对激光器寿命的影响用每循环千次功率下降百分比的平均值来表示。激光器的使用寿命定义为功率下降百分之二十时的循环数。
实施例1-12及对比例1-7的最终实验结果见下表所示。
上述实施例和对比例的实验数据表明，当氧气含量过高(体积分数超过4％)，激光器无法启动，没有功率输出。而当氧含量低于4％(体积分数)，激光器的循环使用寿命明显得到改善。同标准的无氧混合气体相比，相同结构的激光器的使用寿命，尤其是在需要不断的开、关激光器的使用条件下，可延长寿命达20％以上。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。