专利名称：圆形金属腔气体激光器的制作方法
技术领域：
本发明属于气体激光器，特别是二氧化碳激光器。
激光有多种用途，激光加工是其重要用途之一。激光加工是指利用激光进行切割、焊接、热处理、钻孔和打标等。其中激光切割占70％以上。激光切割，特别是多维精密激光切割，需要质量好，即直径小、发散角小、功率轴对称分布的圆形激光束。现在国内外用于激光加工的二氧化碳激光器，主要是横流、轴流和近年出现的扩散冷却激光器。横流二氧化碳激光器的增益分布不是轴对称的，虽然采用多拆腔可获得发散角小的激光束，但光束的功率分布不是完全轴对称。因此它主要用于热处理和焊接。玻璃管轴快流二氧化碳激光器的增益分布是轴对称的，光束的发散角小，功率分布也是轴对称的。因此它广泛应用于激光切割。但它需要罗兹泵或涡轮风机，体积大，造价高。扩散冷却二氧化碳激光器，体积很小。但因增益分布也不是轴对称，采用非稳腔或多折腔所获得的光束不是圆形，功率不是轴对称分布。它只适用于平面切割，不适用于多维精密激光切割。
本发明的目的在于提供一种圆形金属腔气体激光器，主要在于获得光束质量好，光束的发散角小、功率分布是轴对称的。体积小，比现有同等功率轴快流二氧化碳激光器小几倍。
本发明的圆形金属腔气体激光器，它有箱体、风机、热交换器、光腔壁、电极、受激发光气体、反射镜、输出镜，光腔腔壁为圆形管状，其特征在于气体流道与光腔离轴相交，即气体流道的中心线偏离腔轴一定距离，至少两个流道沿光腔壁均布，流道分光腔壁金属体为至少两个同性电极，流道中间设置另一性电极，光腔金属体电极中有冷却水管。
如上述的激光器，其特征在于流道中间的电极位于光腔壁的圆周上。
本发明的圆形金属腔气体激光器，它有箱体、风机、热交换器、光腔壁、受激发光气体、反射镜、电极、受激发光气体、反射镜、输出镜，光腔腔壁为圆形管状，其特征在于气体流道与光腔壁离轴相交，即气体流道的中心线偏离腔轴一定距离，至少两个流道沿光腔壁均布，流道分光腔壁金属体为至少一对电极，光腔金属体电极中有冷却水管。
如上述的激光器，其特征在于气体流道的中心线与光轴垂直面成一夹角。
如上述的激光器，其特征在于反射镜与输出镜之间有多个光轴一致的圆形金属腔单元体，单元体之间留有出气间隙。
如上述的激光器，其特征在于气体流道的宽度为5-20mm。
如上述的激光器，其特征在于各金属腔单元体的流道适当错开。
本发明的圆形金属腔气体激光器，具有以下两大特点
一、可以获得质量高、功率轴对称分布的圆形激光束。其原因有三点1、光腔是圆形。
2、放电激活的粒子是从沿圆周均布的流道吹入腔内，增益分布是轴对称的。
3、腔内气流是旋流，各金属腔单元体的流道适当错开，有利于提高增益分布的圆周均匀性。
二、可以获得体积小的激光器。其原因有两点1、金属腔、腔内旋流和短气隙横流放电，都有利于扩散冷却，加以对流冷却，大大降低腔内温度和热气体阻力。还由于全腔由多个腔单元组成，对风机全压的要求降低了。因此可以采用小型风机，可将风机、腔体和热交换器装在一个箱体内，结构紧凑。
2、气流从各腔单元的两端离心旋出，不是轴向冲出，除了有利于消除各相邻两腔单元中流场的相互干扰，提高吹入放电的稳定性外，还有利于减小每两个腔单元之间的距离，消除腔内的无增益区，并提高激光器的紧凑性。
图1，是本发明实施例的示意图。其中，1箱体，2风机，3热交换器，4导流器，5冷却水管，6腔轴，7电极，8电极，9离轴流道，10腔壁，11旋流气。
图2，是图1的前视图。其中，12圆形金属腔单元，13输出镜，14出气流，15反光镜，16进气流，17间隙。
本发明的圆形金属腔激光器实施例如图1、2所示。它有箱体1、风机2、热交换器3、腔壁10、电极7和8、受激发光体11、反射镜15、输出镜13，本实施例的圆形金属腔单元有6个，它们同轴、等距安装，金属腔腔壁10与输出镜13、反射镜15构成激光器的光腔。金属腔单元12的个数取决于激光功率的大小，由1个到几十个。本实施例气体流道9有4个，与光腔壁10离轴相交，所谓离轴，即根据光腔直径的大小和对光束功率径向分布的要求，气体流道9的中心线偏离腔轴6一定距离，当电极7与8之间放电时，受激发光的二氧化碳气体11从离轴流道9中吹入光腔，形成旋流11。离轴流道9在腔壁10上均匀分布，以利于光束功率的轴对称分布。旋流气体11有利于光功率轴对称分布，以形成高质量的光束。光腔金属体内的冷却水管5中通以冷却水，以降低腔内温度。
气流进入腔10内的入口处装有电极7，它可以是管状，柱状或片状。
本发明的电极还可以全用金属体8来充当，即改变绝缘结构使离轴流道9两侧的金属体8分别充当正负电极，离轴流道9的边壁成为放电部位。放电部位最好在流道9的光腔壁10之入口处，该处金属暴露，流道9其他部位可用绝缘体覆盖或者凹陷一定深度。
放电可采用直流、开关、高频或射频电源，气流由风机2产生，经导流器4和离轴流道9，将放电激活的粒子及部分放电吹入腔10内，形成增益，产生光放大，输出激光。气流16由于是先经过离轴流道9，进入腔10内后形成旋流11，并从每个腔单元12的两端或一端离心旋出。接着从腔单元12之间的间隔17中流出腔体10外，通过热交换器3回到风机2。
本发明可以适用的气体11有一氧化碳、二氧化碳等多种激光气体，适应种类很多。
本发明采用圆形金属腔，放电吹入和离轴流道形成的腔内旋流，可以获得发散角小、功率轴对称分布且径向分布可调的激光束，激光功率由百瓦级到万瓦级。与现有轴快流的同功率激光器相比，电耗减少10-20％，体积小几倍，成本大幅下降。
权利要求
1.圆形金属腔气体激光器，它有箱体、风机、热交换器、光腔壁、电极、受激发光气体、反射镜、输出镜，光腔腔壁为圆形管状，其特征在于气体流道与光腔离轴相交，即气体流道的中心线偏离腔轴一定距离，至少两个流道沿光腔壁均布，流道分光腔壁金属体为至少两个同性电极，流道中间设置另一性电极，光腔金属体电极中有冷却水管。
2.如权利要求1所述的激光器，其特征在于流道中间的电极位于光腔壁的圆周附近。
3.圆形金属腔气体激光器，它有箱体、风机、热交换器、光腔壁、受激发光气体、反射镜、输出镜，光腔腔壁为圆形管状，其特征在于气体流道与光腔壁离轴相交，即气体流道的中心线偏离腔轴一定距离，至少两个流道沿光腔壁均布，流道分光腔壁金属体为至少一对电极，光腔金属体电极中有冷却水管。
4.如权利要求1、2、3所述的激光器，其特征在于反射镜与输出镜之间有多个光轴一致的圆形金属腔单元体，单元体之间留有出气间隙。
5.如权利要求1、2、3所述的激光器，其特征在于气体流道的中心线与光轴垂直面成一夹角。
6.如权利要求4所述的激光器，其特征在于气体流道的中心线与光轴垂直面成一夹角。
7.如权利要求3、6所述的激光器，其特征在于气体流道的宽度为5-20mm。
8.如权利要求5所述的激光器，其特征在于气体流道的宽度为5-20mm。
9.如权利要求4所述的激光器，其特征在于各金属腔单元体的流道适当错开。
全文摘要
一种圆形金属腔气体激光器,它有箱体、风机、热交换器、光腔、电极、受激发光气体、反射镜、输出镜,光腔腔壁为圆形管状,其特征在于气体流道与光腔离轴相交,即气体流道的中心线偏离腔轴一定距离,至少两个流道沿光腔壁均布,流道分光腔壁金属体为至少两个同性电极,流道中间设置另一性电极,光腔金属体电极中有冷却水管。本发明的激光器可达万瓦级,与现有同功率轴快流激光器相比电耗减少10—20%,体积小几倍,成本大幅下降。而且有圆形、发散角小、功率轴对称分布的优质光束。
文档编号H01S3/22GK1240309SQ9811360
公开日2000年1月5日 申请日期1998年6月19日 优先权日1998年6月19日
发明者李再光 申请人:李再光