[实用新型]一种激光器混合气体的制备装置

说明书

技术领域

本实用新型激光器领域，特别是涉及一种激光器气体制备装置。

背景技术

二氧化碳激光器因其优越的光束质量和高性价比而在激光器家族中占有重要的位置，其在材料加工行业有着最广泛的应用。

目前，传统的直流玻璃管激光器正在被新一代的射频激励密封型二氧化碳激光器所取代。针对这种新型二氧化碳激光器，由于气体是密封在激光腔内，它的稳定性直接影响到激光器的性能和使用寿命。通常，二氧化碳激光器腔内的气体介质不是纯二氧化碳气体，而主要由二氧化碳、氮气和氦气及少量的辅助气体按一定比例混合而成。阎吉祥，激光原理与技术，高等教育出版社，2004。

亚当等人给出了一个典型的混合气体比为CO₂:N₂:He＝1:9:15。亚当.赛宁，安德烈.彻努科，格日娜.雷博祖科，工作介质组分对二氧化碳激光器性能的影响，SPIE会议论文集，第4237卷，2000年，219页。(Adam Cenian,Andrey Chernukho,Grazyna Rabczuk.Investigations of the influence of working mixture composition on a CO₂laser performance.Proceedings of SPIE Vol.4237,2000,219)

在射频放电过程中，混合气体的成份并不是固定不变的，会随气体的电离和电子的碰撞而发生变化。二氧化碳气体会发生如下的反应：

CO₂+e→CO+O+e(1)

CO₂+e→CO+O^-(2)

伴随气体反应，混合气体中会产生一系列反应产物像CO、O、O^-及O₂、NO等。反应导致二氧化碳气体的分解，其分解过程可用如下的平衡方程来简单描述：

由公式(3)可看出，当反应达到平衡时，如果CO和O₂的含量不变，则CO₂组分应保持不变。然而，反应生成的CO和O₂会不断的被腔内的电极及其他材料(通常为铝合金)所消耗，促使上述反应不断向右进行，导致CO₂气体含量不断减少，激光的输出功率不断下降。威尔弗里德.哈斯，铁雄岸本，射频激励密封型二氧化碳激光器中气体组分的研究，SPIE会议论文集，第1276卷，1990年，49页。(Wilfried Haas,Tetsuo Kishimoto.Investigation of the gas composition in sealed-off RF-excited CO₂lasers.Proceedings of SPIE Vol.1276,1990,49)

因此，如何防止CO₂气体的分解和保持混合气体的稳定性在很大程度上决定了二氧化碳激光器的寿命和可靠性。

为防止反应生成的CO和O₂与腔内的材料发生氧化反应，目前业界的做法是通过对腔体和电极材料的表面处理(钝化)来阻断或减缓它的氧化速率。比如，铝的表面阳极化、无电镀镍。另外，在电极或其他部件上表面镀金被认为有利于促进(3)式的平衡向生成CO₂的方向移动。这些措施的采用极大的改善了激光器的使用寿命，尤其是改善了当激光器在连续工作条件下的使用寿命。

但这些处理措施不但会增加当激光器的成本，而且，当激光器工作在不断地开关及温度变化强烈的环境下，铝合金表面的保护层会由于热疲劳而遭到破坏，从而一方面引起CO₂气体的分解；另一方面，破裂的表面层会产生大量的细小的氧化物颗粒，这些细颗粒会在腔内运动并附着到光学镜面上，从而造成镜面的光学损伤。

因此，新型的激光器混合气体已成为延长二氧化碳激光器使用寿命的关键技术。但新型的混合气体因为气体组分多，现有的激光器气体配制装置无法保证气体的混合均匀、稳定、高效。因而针对新型的激光器混合气体，对气体制备装置如何改进，已成为亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种激光器混合气体的制备装置。