封离式二氧化碳激光器的制作方法

本发明涉及激光器领域，特别涉及一种封离式二氧化碳激光器。可应用于激光切割，雕刻等设备上。

背景技术：

在当前中小功率封离型二氧化碳激光器领域中，主要分两大结构，一种金属腔的射频激励二氧化碳激光器，这种激光器生产成本高，主要用于激光打标；另一种玻璃放电管结构的直流高压电激励二氧化碳激光器。查中国专利公开号cn2862437，其名称为封离型二氧化碳激光器，它是这样描述的：一种封离型二氧化碳激光器，有贮气管，贮气管内设置水冷管，水冷管与进、出水管连接，水冷管内设置放电管，阳电极设置在放电管一端的空腔内，该空腔外侧设置全反镜，阴电极设置在放电管另一端的空腔内，该空腔外侧设置输出反射镜，水冷管上绕装回气管，回气管的一端与贮气管相通，回气管另一端与设置有阳电极的空腔相通。该激光器与更早些市场上销售的玻璃管激光器比无明显特点和优势，它的结构和目前市场上销售的激光器都有如下缺点：当前激光器都把全反镜和输出镜都直接粘接在玻璃管口，并且管口的研磨精度很难达到预期要求，使产品品质一致性不高，输出功率和模式也很难处于最佳状态。当前激光器的储气管直径都在65毫米以下，储气量比较少，导致器件的使用寿命不长。当前激光器负电极环都采用金属片卷曲在放电管内壁，负电极在放电时温度很高，当冷却水流不畅，电极温度急剧上升，并迅速将高温传递给电极环旁侧的玻璃材料，导致玻璃放电管负电极端的不均匀膨胀而炸裂，使器件损坏。当前激光器的正电极都采用金属薄片卷曲在放电管内壁，在电场的作用下，正电极发射正离子向负极运动，在它到达负电极时俘获电子后才变成中性粒子，所以正电极放电时只有局部电极材料在起作用，根据放电特点，能量只聚集在最靠近负电极方向的正电极薄片边缘的一小点，而电极是薄片卷成的，那么这一放电点的激发面积就更少，这一点的能量作用就更高，电极材料的稳定性就降低。当前激光器的电极都是通过烧结在玻璃管壳上的金属杆将电流引入的，烧结工艺难度高，但激光器件对真空密封要求高，所以产品合格率很难提高，并且这样的结构当电极附近的镜片是半导体或导体时，电极会对镜片放电，破坏镜片膜层，影响产品地稳定使用。

查中国专利公开号cn101262112，其名称为一种新结构二氧化碳激光器，它是这样描述的：激光器输出镜不是直接粘接在玻璃管口的，而是把输出镜粘接在角度调节器的一端，角度调节器的另一端和过渡法兰片焊接在一起，再把过渡法兰片和玻璃管口用环氧树脂胶封接在一起。角度调节器用弹性较好的不锈钢材料制造，在角度调节器的中间由外向内开有调节凹槽，在靠近这个凹槽的地方由内向外开有另一调节凹槽，在由外向内开的调节凹槽的周边安装有三个以上的调节螺丝，通过调节凹槽的弹性来吸收调节螺丝紧入时的张力，从而改变输出镜的角度。激光器的全反镜也不是直接粘接在玻璃管口的，而是把全反镜粘接在一对刀口法兰的调节法兰上，为了调节法兰在调节镜片时不使镜片变形，增加调节法兰的机械强度，在调节法兰背面镜片的粘接处要向外凸出一部分，把刀口法兰的另一半固定法兰和过渡法兰片焊接上，再把过渡法兰片和玻璃管口用环氧树脂胶封接上。在固定法兰的刀口和调节法兰的刀口之间夹一个软金属垫圈，软金属垫圈可用铜，铝，银等金属制造，通过调节不同方位的夹紧螺丝的紧入程度来压缩软金属垫圈，来改变全反镜的角度。

以上内容的缺点还在于全部使用胶粘的方式实现镜片与玻璃管体或镜片与金属法兰，金属法兰与玻璃管体的连接。传统的封离式二氧化碳激光器是把构成谐振腔的输出镜片和全反射镜片分别粘贴玻璃管体或粘到金属法兰上再由金属法兰粘到玻璃管体上。这两种结构结构的激光器，在制作过程中需要将玻璃管口先由机器粗磨再由人工仔细研磨达到两端面相互平行方可达到使用要求。在人工研磨过程中由于每个人的能力不同端面研磨时间大概10-20分钟，而且对人工肉眼视力、技能熟练程度要求都非常高，在此种条件下往往还会出现光轴与谐振腔几何中心轴偏离且不垂直于谐振腔镜片的现象，很难保证两个谐振腔镜片构成光学谐振腔要求的相对位置关系。二谐振腔镜片相对位置关系是决定激光器输出激光功率、光斑（模式）的主要因素。传统二氧化碳激光器因从镜片到金属法兰再到玻璃管体用胶水封接时，胶水固化需要一定的条件比如温度和时间，高质量的胶水需要较高的价格，而且粘胶比例也会对产品性能启动限制作用，胶水本身极易造成腔内挥发污染腔镜，胶水在高压高温环境下还会释放杂质气体从而导致工作气体污染，降低激光器使用寿命。同时胶水还是一次性的消耗品，如因操作失误还会造成金属法兰和镜片报废，造成不必要的损失。技术难度大，很难批量生产，无法满足市场日益增加的需要。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种封离式二氧化碳激光器，解决了现有技术存在的上述问题。本发明结构可靠，生产方便，输出功率高光束质量好，使用寿命长。本发明激光器的输出端和放射端的镜片不是通过胶粘的方式固定在激光器玻璃管体上的，是通过在玻璃管体上放置金属密封环与氟胶圈的组合实现玻璃与金属的连接。将金属锁紧帽，金属密封圈，氟橡胶密封胶圈分别套装在管体端口玻璃上；管体端口玻璃插入金属连接头内端口的凹槽内；金属锁紧帽与金属连接头之间为金属密封圈与密封胶圈起到增加机械强度和密封的作用；金属锁紧帽与金属连接头上有对应的螺纹，通过螺纹固定；金属连接头外端口的凹槽内放置镜片，在金属连接头外端口的凹槽与镜片之间加装密封胶圈，起到调节和密封的作用；在金属连接头外端口的凹槽与镜片压环内凹槽间加装密封胶圈和镜片，并通过螺丝将镜片压环固定在金属连接头外端口上，通过调整螺丝的松紧来调整镜片的角度；反射端结构与输出端结构相同，区别为输出端镜片外镜片保护散热帽中心有通光孔，反射端镜片镜片保护散热帽没有通光孔。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

封离式二氧化碳激光器，管体端口玻璃1、进水嘴11、出水嘴12、放电管13、水套管14、储气管15、回气管16构成激光器管身主体结构，放电管13与水套管14套接且置于储气管15内部，水套管14的两端分别设置进水嘴11和出水嘴12，回气管16缠绕在水套管14的外部且一端与放电管13连通；金属锁紧帽2、金属密封圈3、密封胶圈a4分别套装在储气管15的管体端口玻璃1上，管体端口玻璃1插入金属连接头5内端口的凹槽内；金属锁紧帽2与金属连接头5之间设置金属密封圈3和密封胶圈a4；金属锁紧帽2与金属连接头5上有对应的螺纹，通过螺纹固定；金属连接头5外端口的凹槽内放置镜片7，在金属连接头5外端口的凹槽与镜片7之间加装密封胶圈b6，；在金属连接头5外端口的凹槽与镜片压环8内凹槽间加装密封胶圈b6和镜片7，并通过螺丝将镜片压环8固定在金属连接头5外端口上，通过调整螺丝的松紧来调整镜片7的角度；在镜片压环8外端口有螺纹，安装镜片保护散热帽9，负电极10为圆筒形的金属管，圆筒内设一台阶顶抵负极弹簧17的一端，负极弹簧17的另一端顶抵在金属连接头5上，负电极10套在放电管13的凸出部，且通过负极弹簧17的压力顶在放电管13和水套管14的连接处，悬在放电管13口；负极电源线接在负极接线螺丝18上，通过金属连接头5和不锈钢负极弹簧17作为导体与负电极10连接；正电极20两端分别设有正电极放电环21和正电极固定环22，通过正电极内部的两个连接杆将正电极放电环21和正电极固定环22连接成一整体，末端的正电极固定环22有一个不闭合的开口，通过这个开口来吸收正电极固定环22卡在金属连接头5上的张力，在正电极放电环21上焊接贵金属铂环，正极电源线接在正极接线螺丝19上，并通过金属连接头5作为导体与正电极20连接；在反射端用绝缘罩罩住金属锁紧帽2、金属连接头5和镜片保护散热帽9，在输出端的镜片保护散热帽9中间留有通光孔。

所述的金属锁紧帽2、金属密封圈3、金属连接头5采用不锈钢材料制造，密封胶圈a4与密封胶圈b6采用氟橡胶材料制造；储气管15的直径为60~90毫米。

所述的镜片7作为输出端，材料为硒化锌，通过镜片压环8固定在不锈钢材料制造的带有通光孔的金属连接头5外端口的凹槽内；通过镜片压环8与金属连接头5之间的连接螺丝调整镜片7的角度。

所述的镜片7作为反射端，材料为硅镀介质膜反射镜，通过镜片压环8固定在不锈钢材料制造的带有通光孔的金属连接头5外端口的凹槽内；通过镜片压环8与金属连接头5之间的连接螺丝调整镜片7的角度。

所述的正电极20采用金属管，机床精加工成两个圆环，前圆环为正电极放电环21，后圆环为正电极固定环22，中间采用两个相同材料的连接杆相连，并在正电极放电环21上焊接贵金属铂环。

所述的正电极20直接卡在金属连接头5的内端口上。

所述的镜片7外面套有镜片保护散热帽9，作为输出端时镜片保护散热帽9中间留有通光孔。

本发明的有益效果在于：结构可靠，生产方便，输出功率高光束质量好，使用寿命长。玻璃端口不用再进行研磨，由繁琐按工艺流程分步制作方式转变为简单的一次性组装方式，生产过程对人员的个人能力要求大大降低，为实现玻璃激光器从人工制造到机械流水化作业创造条件。制作过程中取替胶水的介入不但消除了激光器工作物质受污染的污染源，同时减少了胶水的消耗，这样从人工到制造成本都得到缓解，使用氟橡胶，密封效果更好，镜片可调角度大，可反复拆装无器件损耗，散热好。实现了生产效益上生产效率的提升，在产成品上节省了不必要的人力物力及资金投入，降低了激光器的生产难度，对激光器快速发展起到决定性作用，可大大满足更多领域对激光器的需要。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的局部放大立休结构示意图；

图3为本发明的局部主视结构示意图。

图中：图中：1、管体端口玻璃；2、金属锁紧帽；3、金属密封圈；4、密封胶圈a；5、金属连接头；6、密封胶圈b；7、镜片；8、镜片压环；9、镜片保护散热帽；10、负电极；11、进水嘴；12、出水嘴；13、放电管；14、水套管；15、储气管；16、回气管；17、负极弹簧；18、负极接线螺丝；19、正极接线螺丝；20、正电极；21、正电极放电环；22、正电极固定环。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。

参见图1至图3所示，本发明的封离式二氧化碳激光器，管体端口玻璃1、进水嘴11、出水嘴12、放电管13、水套管14、储气管15、回气管16构成激光器管身主体结构，放电管13与水套管14套接且置于储气管15内部，水套管14的两端分别设置进水嘴11和出水嘴12，回气管16缠绕在水套管14的外部且一端与放电管13连通；金属锁紧帽2、金属密封圈3、密封胶圈a4分别套装在储气管15的管体端口玻璃1上，管体端口玻璃1插入金属连接头5内端口的凹槽内；金属锁紧帽2与金属连接头5之间设置金属密封圈3和密封胶圈a4，起到增加机械强度和密封的作用；金属锁紧帽2与金属连接头5上有对应的螺纹，通过螺纹固定；金属连接头5外端口的凹槽内放置镜片7，在金属连接头5外端口的凹槽与镜片7之间加装密封胶圈b6，起到调节和密封的作用；在金属连接头5外端口的凹槽与镜片压环8内凹槽间加装密封胶圈b6和镜片7，并通过螺丝将镜片压环8固定在金属连接头5外端口上，通过调整螺丝的松紧来调整镜片7的角度；在镜片压环8外端口有螺纹，安装镜片保护散热帽9，起到保护和散热作用。负电极10为圆筒形的金属管，圆筒内设一台阶顶抵不锈钢材质的负极弹簧17的一端，负极弹簧17的另一端顶抵在金属连接头5上，负电极10套在放电管13的凸出部，且通过负极弹簧17的压力顶在放电管13和水套管14的连接处，悬在放电管13口；负极电源线接在负极接线螺丝18上，通过金属连接头5和不锈钢负极弹簧17作为导体与负电极10连接；正电极20用金属管机床精加工成，两端分别设有正电极放电环21和正电极固定环22，通过正电极内部的两个连接杆将正电极放电环21和正电极固定环22连接成一整体，末端的正电极固定环22有一个不闭合的开口，通过这个开口来吸收正电极固定环22卡在金属连接头5上的张力，在正电极放电环21上焊接贵金属铂环，用以减少溅射增加使用寿命。正极电源线接在正极接线螺丝19上，并通过金属连接头5作为导体与正电极20连接；在反射端用一个硅橡胶材料制成的绝缘罩罩住金属锁紧帽2、金属连接头5和镜片保护散热帽9这些金属导电体，在输出端的镜片保护散热帽9中间留有通光孔。

所述的金属锁紧帽2、金属密封圈3、金属连接头5采用弹性较好的不锈钢材料制造，密封胶圈a4与密封胶圈b6采用稳定性、密封性、耐高温、耐老化的氟橡胶材料制造；为了延长激光器的使用寿命，增加储气量，本发明采用的储气管15的直径为60~90毫米。

所述的镜片7作为输出端，材料为硒化锌，通过镜片压环8固定在不锈钢材料制造的带有通光孔的金属连接头5外端口的凹槽内；通过镜片压环8与金属连接头5之间的连接螺丝调整镜片7的角度。

所述的镜片7作为反射端，材料为硅镀介质膜反射镜，通过镜片压环8固定在不锈钢材料制造的带有通光孔的金属连接头5外端口的凹槽内；通过镜片压环8与金属连接头5之间的连接螺丝调整镜片7的角度。

所述的正电极20采用金属管，机床精加工成两个圆环，前圆环为正电极放电环21，后圆环为正电极固定环22，中间采用两个相同材料的连接杆相连，并在正电极放电环21上焊接贵金属铂环。

所述的正电极20直接卡在金属连接头5的内端口上。

所述的镜片7外面套有镜片保护散热帽9，作为输出端时镜片保护散热帽9中间留有通光孔。

作为输出端的镜片7通过金属锁紧帽2，金属密封圈3，密封胶圈4，金属连接头5，镜片压环8的组合套装在管体端口玻璃玻璃1上，与激光管管体连接。作为反射端的镜片7通过金属锁紧帽2，金属密封圈3，密封胶圈4，金属连接头5，镜片压环8的组合套装在管体端口玻璃玻璃1上，与激光管管体连接。金属密封圈3与密封胶圈a4是成套使用的，使用数量根据实际制作需求可成套增加。负电极10端管口的所有导电结构，都和负电极10连为同一电流的导体。正电极20端管口的所有导电结构，都和正电极20连为同一电流的导体。

实施例：

封离式二氧化碳激光器，管体端口玻璃1、进水嘴11、出水嘴12、放电管13、水套管14、储气管15、回气管16构成激光器管身主体结构，管体端口玻璃1通过玻璃车床烧接在储气管外壳上，输出端管体端口玻璃1直径保持与金属锁紧帽2、金属密封圈3、密封胶圈a4尺寸相应，输出端与反射端结构相同，尺寸相同。

将金属锁紧帽2、金属密封圈3、密封胶圈a4分别套装在管体端口玻璃1上，管体端口玻璃1插入金属连接头5内端口的凹槽内顶紧，在金属锁紧帽2与金属连接头5之间加入一定数量的金属密封圈3和密封胶圈a4，金属密封圈3和密封胶圈a4成套出现，根据管体端口玻璃1预留的长度保证金属锁紧帽2与金属连接头5可连接紧密即可，金属锁紧帽2与金属连接头5上有对应的螺纹，通过螺纹固定。金属连接头5外端口的凹槽内放置镜片7，在金属连接头5外端口的凹槽与镜片7之间加装密封胶圈6，起到调节和密封的作用；在金属连接头5外端口的凹槽与镜片压环8内凹槽间加装密封胶圈6和镜片7，镜片为硒化锌材料的高透镜，并通过螺丝将镜片压环8固定在金属连接头5外端口上，通过调整螺丝的松紧来调整镜片7的角度；在镜片压环8外端口有螺纹，可安装镜片保护散热帽9，起到保护和散热作用，在输出端镜片保护散热帽9中间留有通光孔，镜片7换成反射效率高的硅镀金反射镜，其它结构与输出端相同。为了达到延长激光器的使用寿命的效果，增加储气量尤为关键，本发明采用直径超过60毫米小于90毫米的硼化硅材料的储气管15。负电极10采用金属管，机床精加工成圆筒形，圆筒内留一台阶，用一个不锈钢弹簧17一头顶在金属连接头5上，另一头顶在负电极10筒内，并把负电极10筒套在放电管13的凸出部，借用负极弹簧17的压力顶在放电管13和水套管14的连接处，并悬在放电管13口。负极电源线接在负极接线螺丝18上，并通过金属连接头5和不锈钢负极弹簧17作为导体连接负电极10。正电极20用金属管机床精加工成，有正电极放电环21和正电极固定环22，在其中间留有两个相同材料的连接杆将正电极放电环21和正电极固定环22连接成一整体，在其末端的正电极固定环22有一个不闭合的开口，通过这个开口来吸收正电极固定环22卡在金属连接头5上的张力，在正电极放电环21上焊接贵金属铂环，用以减少溅射增加使用寿命。正极电源线接在正极接线螺丝19上，并通过金属连接头5作为导体连接正电极20。在反射端用一个硅橡胶材料制成的罩子罩住金属锁紧帽2、金属连接头5、镜片保护散热帽9这些金属导电体。

以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。