一种用于激光器N型激光谐振腔的光路引导机构的制作方法

本实用新型涉及激光技术领域，具体地说是一种能够延长光学镜片使用寿命的用于激光器n型激光谐振腔的光路引导机构。

背景技术：

在射频二氧化碳激光器的n型谐振腔内一般由正电极板、负电极板和设置在正负电极板之间的n型光路引导机构构成，正电极板和负电极板为两块平板电极，n型光路引导机构中有一条n型光路引导凹槽，n型凹槽有两个端部和两个交汇点，在其中的一个端部和两个交汇点处分别设置有一块激光反射镜，在另一个端部设置有激光输出镜。开启激光器后，n型凹槽中的激光工作气体在正负电极板生成的高频交变电场作用下发生辉光放电，放电粒子在反射镜和输出镜之间不断振荡放大，最后生成激光输出谐振腔外，形成可以被利用的激光束。在激光生成和激光器稳定运行的过程中，n型光路凹槽端部和交汇处的激光反射镜和输出镜，会不断遭到高速粒子的轰击，镜片表面的镀膜层容易损坏，导致激光功率急剧下降。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种能够延长光学镜片使用寿命的用于激光器n型激光谐振腔的光路引导机构。

本实用新型的目的是通过以下技术方案解决的：

一种用于激光器n型激光谐振腔的光路引导机构，包括n型光路引导机构，在n型光路引导机构中设有呈n形的光路凹槽，其特征在于：当射频二氧化碳激光器的输出功率为30w和45w时，光路凹槽的直径为3.0-3.1mm；当射频二氧化碳激光器的输出功率为60w时，光路凹槽的直径为3.2-3.4mm。

所述的n型光路引导机构上设有呈n形布置的光路凹槽a、光路凹槽b和光路凹槽c，其中光路凹槽a与n型光路引导机构本体上的一条长边平行且临近该长边，光路凹槽b的一端起始于光路凹槽a的一端且其另一端向n型光路引导机构本体的斜对角端延伸至光路凹槽c的一端，光路凹槽c与n型光路引导机构本体上的另一条长边平行且临近该长边。

所述光路凹槽a和光路凹槽b交汇的一端为第一交汇点激光反射端口且第一交汇点激光反射端口与后端板上的第一反射镜座对应设置，光路凹槽c与光路凹槽b交汇的一端为第二交汇点激光反射端口且第二交汇点激光反射端口与前端板上的激光反射镜镜座对应设置，光路凹槽a的另一端为激光输出端口且激光输出端口与前端板上的激光输出镜镜座对应设置，光路凹槽c的另一端为开口激光反射端口且开口激光反射端口与后端板上的第二反射镜座对应设置。

所述光路凹槽a和光路凹槽b之间的夹角为5.2°～5.5°且所述光路凹槽b和光路凹槽c之间的夹角为5.2°～5.5°。

所述光路凹槽a和光路凹槽b之间的夹角等于所述光路凹槽b和光路凹槽c之间的夹角。

所述的n型光路引导机构上设有用于装配定位的两个定位通孔。

所述的n型光路引导机构安装在n型激光谐振腔中的正电极板和负电极板之间且n型光路引导机构与正电极板和负电极板平行设置，n型激光谐振腔中的谐振腔本体、前端板、后端板组合构成一封闭的谐振腔，该谐振腔的内腔底部设置与谐振腔本体一体成型的负电极板，负电极板的上方依次平行设置正电极板和电感机构，电感机构分别与正电极板和负电极板相连接构成lc振荡电路；所述n型光路引导机构上的截面为圆形的弯折呈n形的光路凹槽的端部分别与前端板和后端板上的相应镜片相对应。

所述n型光路引导机构上的光路凹槽的端部对应设置的反射镜采用硅镜。

本实用新型相比现有技术有如下优点：

本实用新型通过增加n型光路引导机构中的光路凹槽的直径，使光路凹槽中的激光的功率密度下降；在采用该n型光路引导机构的二氧化碳激光器的n型激光谐振腔中，使照射到激光反射镜和激光输出镜上的激光的功率密度都下降，实现保护镜片的目的。

附图说明

附图1为本实用新型的用于激光器n型激光谐振腔的光路引导机构的结构示意图；

附图2为本实用新型的n型光路引导机构用于n型激光谐振腔的结构示意图。

其中：1—谐振腔本体；2—前端板；3—后端板；4—电感机构；5—正电极板；6—n型光路引导机构；61—光路凹槽a；62—光路凹槽b；63—光路凹槽c；64—第一交汇点激光反射端口；65—第二交汇点激光反射端口；66—激光输出端口；67—开口激光反射端口；68—定位通孔；7—负电极板。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示：一种用于激光器n型激光谐振腔的光路引导机构，在n型光路引导机构6中设有呈n形的光路凹槽，当射频二氧化碳激光器的输出功率为30w和45w时，光路凹槽的直径为3.0-3.1mm；当射频二氧化碳激光器的输出功率为60w时，光路凹槽的直径为3.2-3.4mm；且该n型光路引导机构6用于二氧化碳激光器的n型激光谐振腔时，n型光路引导机构6上的光路凹槽的端部对应设置的反射镜能够采用硅镜。

如图1所示，在n型光路引导机构6上设有呈n形布置的光路凹槽a61、光路凹槽b62和光路凹槽c63，具体的说，光路凹槽a61与n型光路引导机构6本体上的一条长边平行且临近该长边，光路凹槽b62的一端起始于光路凹槽a61的一端且其另一端向n型光路引导机构6本体的斜对角端延伸至光路凹槽c63的一端，光路凹槽c63与n型光路引导机构6本体上的另一条长边平行且临近该长边；光路凹槽a61和光路凹槽b62之间的夹角为5.2°～5.5°且所述光路凹槽b62和光路凹槽c63之间的夹角为5.2°～5.5°，优选方案是：光路凹槽a61和光路凹槽b62之间的夹角等于所述光路凹槽b62和光路凹槽c63之间的夹角。另外光路凹槽a61和光路凹槽b62交汇的一端为第一交汇点激光反射端口64且第一交汇点激光反射端口64与后端板3上的第一反射镜座对应设置，光路凹槽c63与光路凹槽b62交汇的一端为第二交汇点激光反射端口65且第二交汇点激光反射端口65与前端板2上的激光反射镜镜座对应设置，光路凹槽a61的另一端为激光输出端口66且激光输出端口66与前端板2上的激光输出镜镜座对应设置，光路凹槽c63的另一端为开口激光反射端口67且开口激光反射端口67与后端板3上的第二反射镜座对应设置。为固定装配n型光路引导机构6，在n型光路引导机构6上设有用于装配定位的两个定位通孔68。

如图2所示，当本实用新型的n型光路引导机构用于n型激光谐振腔时，该n型光路引导机构6安装在n型激光谐振腔中的正电极板5和负电极板7之间且n型光路引导机构6与正电极板5和负电极板7平行设置，n型激光谐振腔中的谐振腔本体1、前端板2、后端板3组合构成一封闭的谐振腔，该谐振腔的内腔底部设置与谐振腔本体1一体成型的负电极板7，负电极板7的上方依次平行设置正电极板5和电感机构4，电感机构4分别与正电极板5和负电极板7相连接构成lc振荡电路；且n型光路引导机构6上的截面为圆形的弯折呈n形的光路凹槽的端部分别与前端板和后端板上的相应镜片相对应。

下面通过具体的对比来进一步说明本实用新型提供的用于激光器n型激光谐振腔的光路引导机构。

目前现状：

（1）第一交汇点激光反射端口64、第二交汇点激光反射端口65、开口激光反射端口67等三个激光反射端口对应的激光器n型激光谐振腔的端板上分别设置有一块激光反射镜。

（2）目前反射镜用的是进口铜镜，成本约1000元/片，使用寿命1.5-2年。

改进原理：激光反射镜片对激光功率的承载能力有一个阈值范围，改进前反射镜片承载的激光功率大于镜片的承载阈值、改进后反射镜片承载的激光功率小于承载阈值，因此改进后镜片在激光器的整个生命周期中都不会损坏。

通过对光路凹槽的直径参数做过多次试验，最后确定的最优方案如下：

（1）激光输出功率为45w的激光器，n型光路引导机构6中的光路凹槽的直径d=3mm；

（2）激光输出功率为60w的激光器，n型光路引导机构6中的光路凹槽的直径d=3.40mm。

现有产品中的光路凹槽直径为d=2.7mm，原因有两个：1）进口产品获取铜镜的成本低，而成品的售价高，进口产品能够接受铜镜的价格；2）光路凹槽直径d=2.7mm时，激光束的直径更小，能量更集中，激光的模式更好。

本实用新型在改进的过程中将激光输出功率为45w的激光器的光路凹槽的直径由2.7mm增加到3mm，理论上来讲，激光模式会变差一点，但是在实际应用中激光器的性能并没有影响；另外光路凹槽的直径也不能增加太多，当我们把45w激光器的光路凹槽直径增加到3.5mm时，激光模式就会明显降低，影响激光器使用性能。经过测试45w激光器，光路凹槽直径的最佳数值是3.0mm～3.10mm，在这个范围内，才能保证使用硅镜做反射镜不容易损坏，同时激光模式没有明显变差，不影响激光器的正常使用性能。

改进方案示例：以激光输出功率为45w的射频二氧化碳激光器为例来具体说明我们的改进方案。

（1）、将光路凹槽的直径由2.7mm增加到3mm，则：

改进前、后的直径：d1=2.7mm、d2=3mm；

改进前、后的半径：r1=1.35mm、r2=1.5mm；

改进前后光路凹槽的横截面积：s1=3.14*1.35*1.35=5.72mm²；

s2=3.14*1.5*1.5=7.06mm²；

改进后的光路凹槽的横截面增加率：（7.06-5.72）÷5.72=23.4%。

（2）、激光反射镜片上承受的激光功率计算：

激光输出镜对激光的反射率是85%、透过率是15%，即在谐振腔中振荡的激光到达激光输出镜后会有85%的激光会被激光输出镜反射回谐振腔中继续参与激光振荡，只有15%的激光会通过激光输出镜片输出到谐振腔外，用于激光加工。

输出功率为45w、输出功率占比15%，则谐振腔中的激光总功率为：p=45÷15%=300w，则谐振腔中激光反射镜承载的激光功率就是300w。

谐振腔中激光反射镜承载的激光功率密度如下：

改进前：p/s1=300÷5.72=52.45w/mm²=5245w/cm²；

改进后：p/s2=300÷7.06=42.49w/mm²=4249w/cm²；

改进后镜片承受的激光功率密度下降：5245-4249=996w/cm²。

激光反射镜片承受的激光功率下降了，但是激光投射到反射镜片上的功率密度不是均匀分布的，而是呈高斯分布，镜片圆心位置的功率密度最高，沿径向往外越远离圆心的位置功率密度越小，所以正真影响镜片使用寿命的是镜片圆心附近区域承载激光功率的能力。

改进效果：改进后反射镜使用进口硅镜，成本约200元/片，激光器的使用年限内镜片都不会坏；如果反射镜使用国产硅镜，成本约为30-50元/片，在激光器的使用年限内也不会坏。

铜镜较硅镜有更好的激光承载能力，如果不做改进的话，硅镜无法在现有的激光器上使用，很快就会被激光打坏，如果用铜镜，产品的成本很高，根本就没有市场竞争力，而且使用寿命也比较有限，后期维护成本高，产品难以实现商业化。在激烈的商业竞争中，迫使我们做出了该技术改进，在提高产品性能的同时降低产品成本，大大提高了产品的市场竞争力。

本实用新型通过增加n型光路引导机构中的光路凹槽的直径，使光路凹槽中的激光的功率密度下降；在采用该n型光路引导机构的二氧化碳激光器的n型激光谐振腔中，使照射到激光反射镜和激光输出镜上的激光的功率密度都下降，实现保护镜片的目的。

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内；本实用新型未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。