[实用新型]一种高频激励的横流激光器

说明书

技术领域

本实用新型属于激光领域，主要用于改善气体激光器的性能。。 

背景技术

很多气体激光器都是由放电进行激励的，即由气体放电将原子或分子激发到上能态、然后由上能态跃迁到下能态而产生光子辐射。目前，这样的激励方式几乎占气体激光器的80%以上，其效率最高约为20%。为了提高此类激光器的功率和效率，必须快速将放电过程中的废热量带走，这就需要进行气体循环，其结果是高功率激光需要气体循环。根据循环的特点不同就将激光分成了轴向流动和横向流动等类型。所谓轴向流动是指气体循环方向即风的方向、放电方向、激光束的指向都是一致的，横流激光是指气体循环方向即风的方向、放电方向、激光束的指向都是正交的。轴流激光一般光束质量比较好，广泛用于材料的切割和焊接等加工，但此类激光器的制造成本和使用成本都比较高。横流激光的功率和效率比较高，通常用于材料的热处理，其优点是制造成本和使用成本都比较低。现有横流激光主要有针板放电和管板放电两种方式，他们的共同的主要问题有三个：1、放电不均匀导致光束质量差无法用于光束质量要求高的场合，2、存在阴极溅射导致激光器内部污染，3、直流放电不能进行调制无法获得脉冲输出。简单地说，横流激光有光束质量差、溅射污染和不能调制三大缺点，这些缺点，导致现有横流激光器很难在像切割、焊接、打标的这样的高要求的场合应用。横流激光目前的发展基本停滞而且市场萎缩，如果没有新的技术出现可以说此类激光走到了发展的尽头。 

实用新型内容

针对现有横流激光器的光束质量差、溅射污染和不能调制三大缺点，本实用新型的目的是提供一种新型横流激光器，使其克服了光束质量差、溅射污染和不能调制的三大缺点，能够适应材料加工的绝大部分应用，这种激光器又具有传统横流激光器的优点即制造成本和使用成本都比较低。 

为了实现上述目的，本实用新型技术上采用了如下三种措施：1、总体结构上采用高频激励，频率范围为300kHz-4MHz；2、放电电源采用高频电子管电源或高频晶体管电源；3、放电电极采用金属表面陶瓷化或直接在金属电极表面覆盖陶瓷薄片。 

这些技术措施的具体结构为：高频放电电源与高频放电盒中的放电电极连接，形成放电主回路，其中由电子管或晶体管组成的高频放电电源，频率范围为300kHz-4MHz；放电主回路是激光产生的关键，激光工作物质在这里被激励并产生激光；放电主回路置于激光工作室之中；还包括为产生稳定放电的辅助装置，这些辅助装置分别是放电盒、上下游的热交换器、热交换器之间的横流风机、底座与外壳、绝缘材料；在主放电电极的上下游都有热交换器和流道，在放电电极的下游有横流风机产生气体循环并用热交换器将热量带走，即风机使电极的上下游的气体产生流动并将已经放电的高温气体还原为低温的新鲜气体再进行放电，如此不断循环；最终通过激光谐振腔使放电激励的气体产生激光。 

本实用新型的优点是光束质量高、无溅射污染和能调制，并且成本低、功率高、效率高。 

附图说明

本实用新型采用了示意如图1的基本结构，这是高频激励激光器的断面剖视示意图。图1中：（1）是高频放电电源，主回路是电子管放电或晶体管放电；（2）是激光工作室，根据需要设计尺寸和形状，激光工作气体密封在工作室中；（3）是横流风机，其特征是电机有两个轴伸，带动两个对称风轮使气体循环；（4）是主热交换器；（5）是下游流道；（6）是高频放电盒，是图中用虚线框的部分，其具体细节由另一示意图表达；（7）是激光谐振腔的部分镜片；（8）是辅助热交换器；（9）是上游流道；（10）是激光器底座与外壳。图2是高频放电盒的细节剖面示意图，图2中，（11）是上电极绝缘板；(12)是下电极引线；（13）是上电极；（14）是上电极固定螺丝兼引线；（15）是上电极密封环；（16）是上电极表面覆盖的薄陶瓷片，也可以是金属表面陶瓷化层；（17）是下电极绝缘板；（18）是下电极；（19）是下电极固定螺丝；（20）是下电极表面覆盖的薄陶瓷片，也可以是金属表面陶瓷化层；（21）是上下电极连接及固定的绝缘板。 

具体实施方式

本实用新型的具体实施例子如下：一个二氧化碳激光器，电极长度1000毫米、宽度60毫米、放电间隙20毫米，电极表面陶瓷厚度为0.5毫米，放电高频频率1.2MHz，气体混合比例为CO2:N2:He=1:5:12,气体绝对压力为12kPa，风速80米/秒，使用N型三折腔，输出镜为ZnSe，透过率为45%，输出的模式为基模，调制频率最高位5kHz，输出功率为3000W。这样的激光器可以进行很多材料包括金属和非金属材料的切割加工，切割最大厚度为金属20毫米，非金属50毫米。此激光器还能进行很多金属材料的焊接加工，最大厚度为5毫米。