圓形金屬腔氣體雷射器的製作方法
2023-05-11 03:37:06
專利名稱：圓形金屬腔氣體雷射器的製作方法
技術領域：
本發明屬於氣體雷射器，特別是二氧化碳雷射器。
雷射有多種用途，雷射加工是其重要用途之一。雷射加工是指利用雷射進行切割、焊接、熱處理、鑽孔和打標等。其中雷射切割佔70％以上。雷射切割，特別是多維精密雷射切割，需要質量好，即直徑小、發散角小、功率軸對稱分布的圓形雷射束。現在國內外用於雷射加工的二氧化碳雷射器，主要是橫流、軸流和近年出現的擴散冷卻雷射器。橫流二氧化碳雷射器的增益分布不是軸對稱的，雖然採用多拆腔可獲得發散角小的雷射束，但光束的功率分布不是完全軸對稱。因此它主要用於熱處理和焊接。玻璃管軸快流二氧化碳雷射器的增益分布是軸對稱的，光束的發散角小，功率分布也是軸對稱的。因此它廣泛應用於雷射切割。但它需要羅茲泵或渦輪風機，體積大，造價高。擴散冷卻二氧化碳雷射器，體積很小。但因增益分布也不是軸對稱，採用非穩腔或多折腔所獲得的光束不是圓形，功率不是軸對稱分布。它只適用於平面切割，不適用於多維精密雷射切割。
本發明的目的在於提供一種圓形金屬腔氣體雷射器，主要在於獲得光束質量好，光束的發散角小、功率分布是軸對稱的。體積小，比現有同等功率軸快流二氧化碳雷射器小几倍。
本發明的圓形金屬腔氣體雷射器，它有箱體、風機、熱交換器、光腔壁、電極、受激發光氣體、反射鏡、輸出鏡，光腔腔壁為圓形管狀，其特徵在於氣體流道與光腔離軸相交，即氣體流道的中心線偏離腔軸一定距離，至少兩個流道沿光腔壁均布，流道分光腔壁金屬體為至少兩個同性電極，流道中間設置另一性電極，光腔金屬體電極中有冷卻水管。
如上述的雷射器，其特徵在於流道中間的電極位於光腔壁的圓周上。
本發明的圓形金屬腔氣體雷射器，它有箱體、風機、熱交換器、光腔壁、受激發光氣體、反射鏡、電極、受激發光氣體、反射鏡、輸出鏡，光腔腔壁為圓形管狀，其特徵在於氣體流道與光腔壁離軸相交，即氣體流道的中心線偏離腔軸一定距離，至少兩個流道沿光腔壁均布，流道分光腔壁金屬體為至少一對電極，光腔金屬體電極中有冷卻水管。
如上述的雷射器，其特徵在於氣體流道的中心線與光軸垂直面成一夾角。
如上述的雷射器，其特徵在於反射鏡與輸出鏡之間有多個光軸一致的圓形金屬腔單元體，單元體之間留有出氣間隙。
如上述的雷射器，其特徵在於氣體流道的寬度為5-20mm。
如上述的雷射器，其特徵在於各金屬腔單元體的流道適當錯開。
本發明的圓形金屬腔氣體雷射器，具有以下兩大特點
一、可以獲得質量高、功率軸對稱分布的圓形雷射束。其原因有三點1、光腔是圓形。
2、放電激活的粒子是從沿圓周均布的流道吹入腔內，增益分布是軸對稱的。
3、腔內氣流是旋流，各金屬腔單元體的流道適當錯開，有利於提高增益分布的圓周均勻性。
二、可以獲得體積小的雷射器。其原因有兩點1、金屬腔、腔內旋流和短氣隙橫流放電，都有利於擴散冷卻，加以對流冷卻，大大降低腔內溫度和熱氣體阻力。還由於全腔由多個腔單元組成，對風機全壓的要求降低了。因此可以採用小型風機，可將風機、腔體和熱交換器裝在一個箱體內，結構緊湊。
2、氣流從各腔單元的兩端離心旋出，不是軸向衝出，除了有利於消除各相鄰兩腔單元中流場的相互幹擾，提高吹入放電的穩定性外，還有利於減小每兩個腔單元之間的距離，消除腔內的無增益區，並提高雷射器的緊湊性。
圖1，是本發明實施例的示意圖。其中，1箱體，2風機，3熱交換器，4導流器，5冷卻水管，6腔軸，7電極，8電極，9離軸流道，10腔壁，11旋流氣。
圖2，是圖1的前視圖。其中，12圓形金屬腔單元，13輸出鏡，14出氣流，15反光鏡，16進氣流，17間隙。
本發明的圓形金屬腔雷射器實施例如圖1、2所示。它有箱體1、風機2、熱交換器3、腔壁10、電極7和8、受激發光體11、反射鏡15、輸出鏡13，本實施例的圓形金屬腔單元有6個，它們同軸、等距安裝，金屬腔腔壁10與輸出鏡13、反射鏡15構成雷射器的光腔。金屬腔單元12的個數取決於雷射功率的大小，由1個到幾十個。本實施例氣體流道9有4個，與光腔壁10離軸相交，所謂離軸，即根據光腔直徑的大小和對光束功率徑向分布的要求，氣體流道9的中心線偏離腔軸6一定距離，當電極7與8之間放電時，受激發光的二氧化碳氣體11從離軸流道9中吹入光腔，形成旋流11。離軸流道9在腔壁10上均勻分布，以利於光束功率的軸對稱分布。旋流氣體11有利於光功率軸對稱分布，以形成高質量的光束。光腔金屬體內的冷卻水管5中通以冷卻水，以降低腔內溫度。
氣流進入腔10內的入口處裝有電極7，它可以是管狀，柱狀或片狀。
本發明的電極還可以全用金屬體8來充當，即改變絕緣結構使離軸流道9兩側的金屬體8分別充當正負電極，離軸流道9的邊壁成為放電部位。放電部位最好在流道9的光腔壁10之入口處，該處金屬暴露，流道9其他部位可用絕緣體覆蓋或者凹陷一定深度。
放電可採用直流、開關、高頻或射頻電源，氣流由風機2產生，經導流器4和離軸流道9，將放電激活的粒子及部分放電吹入腔10內，形成增益，產生光放大，輸出雷射。氣流16由於是先經過離軸流道9，進入腔10內後形成旋流11，並從每個腔單元12的兩端或一端離心旋出。接著從腔單元12之間的間隔17中流出腔體10外，通過熱交換器3回到風機2。
本發明可以適用的氣體11有一氧化碳、二氧化碳等多種雷射氣體，適應種類很多。
本發明採用圓形金屬腔，放電吹入和離軸流道形成的腔內旋流，可以獲得發散角小、功率軸對稱分布且徑向分布可調的雷射束，雷射功率由百瓦級到萬瓦級。與現有軸快流的同功率雷射器相比，電耗減少10-20％，體積小几倍，成本大幅下降。
權利要求
1.圓形金屬腔氣體雷射器，它有箱體、風機、熱交換器、光腔壁、電極、受激發光氣體、反射鏡、輸出鏡，光腔腔壁為圓形管狀，其特徵在於氣體流道與光腔離軸相交，即氣體流道的中心線偏離腔軸一定距離，至少兩個流道沿光腔壁均布，流道分光腔壁金屬體為至少兩個同性電極，流道中間設置另一性電極，光腔金屬體電極中有冷卻水管。
2.如權利要求1所述的雷射器，其特徵在於流道中間的電極位於光腔壁的圓周附近。
3.圓形金屬腔氣體雷射器，它有箱體、風機、熱交換器、光腔壁、受激發光氣體、反射鏡、輸出鏡，光腔腔壁為圓形管狀，其特徵在於氣體流道與光腔壁離軸相交，即氣體流道的中心線偏離腔軸一定距離，至少兩個流道沿光腔壁均布，流道分光腔壁金屬體為至少一對電極，光腔金屬體電極中有冷卻水管。
4.如權利要求1、2、3所述的雷射器，其特徵在於反射鏡與輸出鏡之間有多個光軸一致的圓形金屬腔單元體，單元體之間留有出氣間隙。
5.如權利要求1、2、3所述的雷射器，其特徵在於氣體流道的中心線與光軸垂直面成一夾角。
6.如權利要求4所述的雷射器，其特徵在於氣體流道的中心線與光軸垂直面成一夾角。
7.如權利要求3、6所述的雷射器，其特徵在於氣體流道的寬度為5-20mm。
8.如權利要求5所述的雷射器，其特徵在於氣體流道的寬度為5-20mm。
9.如權利要求4所述的雷射器，其特徵在於各金屬腔單元體的流道適當錯開。
全文摘要
一種圓形金屬腔氣體雷射器,它有箱體、風機、熱交換器、光腔、電極、受激發光氣體、反射鏡、輸出鏡,光腔腔壁為圓形管狀,其特徵在於氣體流道與光腔離軸相交,即氣體流道的中心線偏離腔軸一定距離,至少兩個流道沿光腔壁均布,流道分光腔壁金屬體為至少兩個同性電極,流道中間設置另一性電極,光腔金屬體電極中有冷卻水管。本發明的雷射器可達萬瓦級,與現有同功率軸快流雷射器相比電耗減少10—20%,體積小几倍,成本大幅下降。而且有圓形、發散角小、功率軸對稱分布的優質光束。
文檔編號H01S3/22GK1240309SQ9811360
公開日2000年1月5日 申請日期1998年6月19日 優先權日1998年6月19日
發明者李再光 申請人:李再光