一种轴快流二氧化碳激光器的谐振腔系统的制作方法

本发明涉及激光器技术领域，具体涉及一种轴快流二氧化碳激光器的谐振腔系统。

背景技术：

轴快流二氧化碳激光器，由于其光束质量好、功率高、稳定性好、操作简单和维护方便等优点而成为现代工业加工的主流光源。其中谐振腔是轴快流二氧化碳激光器的核心部件之一，一般由放电管、端板和光桥等部件组成。谐振腔的作用是选择频率和方向一致的光在谐振腔内不停的进行受激放大，从而产生激光。对于轴快流二氧化碳激光器来说，其进气结构及谐振腔的安装方式直接影响着激光器的放电效率和谐振腔的稳定性。

传统的轴快流CO2激光器的谐振腔结构有两种：1、经过换热器的气体进去到一根中空的圆形长铝管中，通常称作中心管，之后将光桥和放电管安装在中心管上，其缺点在于，增加了气体流动的中间环节-中心管，带来了气体的压力损失并增加了成本和制造难度，另外放电管安装在中心管上，中心管的形变就会使放电管的轴线偏离光轴，使激光功率和模式发生改变。2、将光桥安装在机壳上，通过波纹管将换热器出口与放电管进气口相连，其缺点在于光桥与机壳的隔离程度不高，机壳的振动及形变会传递到光桥上，影响其稳定性，采用波纹管连接方式，连接管道长，易产生气体压损，并且结构设备小型化和紧凑化难度高。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种压损低、稳定性高的轴快流二氧化碳激光器的谐振腔系统。

本发明的技术方案为，一种轴快流二氧化碳激光器的谐振腔系统，包括光桥、放电管、前端板和后端板，还包括进气换热器和五通管，所述放电管通过阴极支撑板固定在所述光桥上，所述光桥和放电管平行设置，所述放电管两端分别与前端板和后端板固定连接，所述光桥两端分别与前端板和后端板通过环氧胶粘接，所述进气换热器上设有换热器进气口及换热器出气口，所述换热器出气口与所述放电管的进气管连通，所述放电管出气端与所述五通管进气端连通，所述五通管上设有气流出口，所述进气换热器一端通过关节轴承和抗扭弹簧与所述前端板连接，另一端通过滚针轴承和直线轴承与所述后端板连接。

进一步的，所述放电管包括四根，且按两组平行设置，每组由两根同轴布置于五通管两侧的放电管构成，所述五通管包括四个进气口和一个出气口，四个所述进气口分别与四根放电管的出气端连通。

进一步的，所述阴极支撑板顶部设有固定环，底部设有用于连通放电管出气端和五通管进气口的安装孔，所述光桥包括光桥杆和套设于光桥杆外的光桥保温套，所述固定环箍设于所述光桥杆上，放电管出气端和五通管进气口分别从两侧插装设置于所述安装孔内，所述安装孔两侧均设有密封垫圈，所述密封垫圈外设有用于压紧密封垫圈的密封板，所述密封板之间通过螺栓连接。

进一步的，所述进气换热器两端均设有支撑架，所述支撑架顶部与机壳固定连接，所述支撑架与进气换热器端板通过板簧固定连接。

进一步的，所述滚针轴承固定于所述进气换热器壳体上，所述滚针轴承外罩设有与进气换热器壳体固连的滚针轴承座，所述滚针轴承座上固定有第一限位杆，所述后端板上固定有第二限位杆，所述第一限位杆与第二限位杆通过拉紧弹簧弹性连接，所述后端板上还固定有销轴，所述销轴搁置于所述滚针轴承上，所述销轴与所述滚针轴承的中心轴垂直。

进一步的，所述后端板底部一角设有直线轴承固定部，所述直线轴承固定部上设有直线轴承安装孔，所述直线轴承固设于所述直线轴承安装孔内，所述进气换热器壳体与滚针轴承相对的另一侧面上固定有一U型轴承架，所述直线轴承固定部通过一固定于所述U型轴承架上，且穿过所述直线轴承及所述U型轴承架的轴承杆限定于所述U型轴承架的U型空间内。

进一步的，所述关节轴承设置于所述进气换热器与滚针轴承同侧的壳体上，所述关节轴承的活动轴与前端板固定连接。

进一步的，所述抗扭弹簧设置于所述进气换热器与直线轴承同侧的壳体上，所述抗扭弹簧的另一端与所述前端板的内表面固定连接。

进一步的，所述进气换热器包括进气换热器壳体、设置于进气换热器壳体内的散热片安装板、散热片、及隔热板，所述散热片安装板与所述隔热板相对设置，多组所述散热片平行设置且安装于所述散热片安装板上，另一端与所述隔热板固定连接，所述隔热板边缘与所述进气换热器壳体内壁紧密接触，中部向散热片一侧凸出，在隔热板与进气换热器壳体之间形成隔热空腔，所述隔热板中部设有与进气换热器壳体上进气孔连通的高温气体进气管，所述高温气体进气管端面不低于所述隔热板边缘高度。

进一步的，所述前端板和后端板上设有用于注入环氧胶的注胶孔，所述换热器进气口采用不易导热材料制作。

本发明的有益效果：采用换热器取代传统的中心管，既节省了进气中间环节，降低了压损，同时节省了激光器的总体空间。将放电管固定在光桥上，使放电管、前端板和后端板与光桥构成一个整体，这个整体与换热器之间采用轴承和弹簧连接，提高了谐振腔的稳定性。在换热器的隔热板与壳体之间设置隔热空腔，可以降低高温气体对于换热器壳进气侧面的温度影响，减小换热器壳的热形变。

附图说明

图1为本发明一种轴快流二氧化碳激光器的谐振腔系统立体图；

图2为图1的分解示意图(不包括换热器)；

图3为换热器出气口与放电管的进气管连接示意图；

图4为阴极支撑板、放电管出气端和五通管进气口连接示意图；

图5为阴极支撑板、放电管出气端和五通管进气口连接剖视示意图；

图6为放电管出气端与后端板连接示意图；

图7为进气换热器端部与支撑架连接示意图；

图8为抗扭弹簧连接示意图；

图9为U型轴承架与直线轴承连接示意图；

图10为滚针轴承示意图；

图11为进气换热器示意图；

图12为进气换热器纵向剖视图。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

如图1和2所示，一种轴快流二氧化碳激光器的谐振腔系统向右旋转90°放置的立体示意图，其包括进气换热器1、光桥2、放电管3、五通管4、阴极支撑板5、前端板6和后端板7。放电管3两端分别与前端板和后端板固定连接，光桥2两端分别与前端板6和后端板7通过环氧胶粘接。如图3所示，进气换热器1上设有两个换热器进气口11及四个换热器出气口12，换热器出气口12与放电管3的进气管16连通。放电管3包括四根，按两组平行设置，每组由两根同轴布置于五通管两侧的放电管构成。五通管4包括四个五通管进气口17和一个五通管出气口18，四个五通管进气口17分别与四根放电管3的放电管出气端21连通。光桥2包括光桥杆13和套设于光桥杆13外的三段光桥保温套14。阴极支撑板5顶部设有固定环15，底部设有用于连通放电管出气端21和五通管进气口17的安装孔，固定环箍设于光桥杆13上，将放电管3平行设置于光桥2上。

如图4和5所示，放电管出气端21和五通管进气口17分别从两侧插入阴极支撑板5的安装孔内，安装孔两侧均设有密封垫圈20，密封垫圈20外设有用于压紧密封垫圈20的密封板19，密封板19之间通过螺栓连接，从而使整个安装孔内形成一个密封空腔，使放电管出气端21和五通管进气口17之间密封连通。采用阴极支撑板5的安装孔结构，将四根放电管3与五通管4的四个进气口连接起来。如图6所示，四根放电管3的另一端与前端板6或后端板7之间采用与阴极支撑板5安装孔处相同的结构连接，即在前端板6或后端板7上开设安装孔，在安装孔表面安装密封圈，然后将放电管3端部插入安装孔内后，通过密封板19压紧密封。

如图7所示，进气换热器1两端均设有支撑架8，支撑架8包括与进气换热器1壳体连接的侧板和与进气换热器1端部连接的端板，其中，支撑架8的侧板与机壳固定连接，支撑架8的端板与进气换热器1的端板通过板簧22固定连接。

如图8所示，进气换热器1左侧壳体上安装有一个关节轴承9，关节轴承9的活动轴与前端板6固定连接。进气换热器1右侧壳体上安装有一个抗扭弹簧23，抗扭弹簧23的另一端与前端板6的内表面固定连接。

如图9所示，进气换热器1右侧壳体上远离抗扭弹簧23的一端固定有一个U型轴承架25，U型轴承架25的开口朝外。后端板7底部一角设有直线轴承固定部24，直线轴承固定部24上设有直线轴承安装孔26，直线轴承安装孔26内固定安装有一个直线轴承27。直线轴承固定部27通过一固定于U型轴承架25上，且穿过直线轴承27及U型轴承架25的轴承杆28限定于U型轴承架25的U型空间内。

如图10所示，进气换热器1左侧壳体远离关节轴承9的一端固定有一个滚针轴承29，滚针轴承29外罩设有一个与进气换热器壳体38固连的滚针轴承座10。滚针轴承座10上固定有第一限位杆32，后端板7上固定有第二限位杆33，第一限位杆32与第二限位杆33通过拉紧弹簧31弹性连接。其中，第一限位杆32与滚针轴承19中心轴平行，而第二限位杆33与第一限位杆32垂直设置。后端板7上还固定有一根与第二限位杆33平行的销轴30，销轴30搁置于滚针轴承29上(本专利所示装置正常使用时，为图10向左翻转90°放置)。在前端板6和后端板7上设有多个用于注入环氧胶的注胶孔40，前端板6和后端板7的相对位置调整好后，通过向注胶孔40内灌入环氧胶将端板和光桥杆粘连起来，此时，端板和光桥杆都在自由状态，可以防止通常硬连接安装会产生的应力。

如图11和12所示，进气换热器1包括进气换热器壳体38、设置于进气换热器壳体38内的散热片安装板37、散热片36、及隔热板34。散热片安装板37是夹角为钝角的折线型板状结构，其开口朝外。散热片安装板37与隔热板相34对设置，散热片36包括两组，每组包含多片平行设置的散热片36。两组散热片36之间形成锐角。散热片3636另一端与隔热板34固定连接，隔热板34边缘与进气换热器壳体38内壁紧密接触，中部向散热片36一侧凸出，在隔热板34与进气换热器壳体38之间形成隔热空腔39。隔热板34中部设有与进气换热器壳体38上进气孔连通的高温气体进气管35，高温气体进气管35端面不低于隔热板34边缘高度。从而可以防止高温气体进入隔热空腔39内，降低高温气体对于换热器壳体38进气侧面的温度影响，减小换热器壳体38的热形变。同时换热器进气口11采用不易导热材料制作，防止高温气体和激光器风机的热量通过它传导到换热器上。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。