[其他]轴向低压放电横流二氧化碳激光器

说明书

本实用新型属二氧化碳激光器。

连续二氧化碳激光器主要有扩散冷却，横向对流冷却和轴向对流冷却几种结构。扩散冷却CO₂激光器的输出模式好，但是其放电电压高，单位放电长度输出功率小，目前能达到的水平在每米放电长度100瓦以内，要想获得大的输出功率就必须增加激光器的纵向长度，这就增加了制造难度，使用也不方便，横向对流冷却CO₂激光器一般采用横向低压放电，输出功率大，但是模式不好，难于聚焦成很细的光束来进行切割和焊接等工业加工。轴向对流冷却CO₂激光器功率大，模式好，但是它是靠把工作气体纵向吹过放电区来进行对流冷却的，因此需要每秒数百米的风速，这也增加了制造难度。

本实用新型的目的是提供一种轴向放电横向对流冷却的CO₂激光器。它既具有园形激光模，又具有放电电压低，单位放电长度输出功率大的优点，并且体积小，重量轻，易于制造和使用。适合于金属和非金属材料的切割，焊接和金属工件的表面热处理。

本实用新型的主要特征是利用具有同轴园孔的多对电极放电。以降低放电电压；利用插入每对电极之间开有与电极同轴园孔的绝缘片来稳定放电，防止等离子体漂移，使各段放电等离子体同轴；使工作气体穿过电极和绝缘片之间的间隙横向流动，以增大工作气体的热交换速度，从而增大输入电功率密度，增加单位长度激光输出功率。

下面以一种封闭式园筒结构为例结合附图对本实用新型进行详细描述。

图1是沿光轴方向的横剖面图，图2、图3是放电区纵剖面图。图中，园筒1用金属或非金属材料制成，阳极2，A组阴极3，B组阴极4可做成开有相同直径园孔的片状或空心园筒状。A组阴极3和B组阴极4的每一个阴极上都焊有冷却水管，水管的两头分别与A组热交换器9和B组热交换器10的总水管相连。绝缘片5用陶瓷或其他耐热绝缘材料制成，开有与电极园孔同样大小的园孔。阳极2，A组阴极3、B组阴极4和绝缘片5插在固定板6和7之间。导流板8置于放电区进风的一侧。风扇11进行气体循环。

降低放电电压是靠缩短电极之间的距离来实现的，为了得到足够长的总放电长度，阳极2和A组阴极3，B组阴极4沿光轴方向要用多个，彼此相间排列。为保证每相邻两电极之间都能均匀放电，A组阴极3和B组阴极4要互相绝缘，用两个独立的电源供电，图4是电原理图。也可以把阴极分成更多组，用多个独立电源供电，这样放电更均匀。

对流冷却CO₂激光器输入电功率密度与扩散冷却CO₂激光器输入电功率密度之比等于扩散冷却特征时间与工作气体流过放电区的时间之比。

即 (Pf)/(Pd) ＝ (τd)/(τf) 。若按放电直径1Cm，风速每秒10米，τd为20mS计算，则Pf是Pd的20倍，这意味着在同样放电长度的条件下，本实用新型的输出功率比扩散冷却CO₂激光器高一个数量级，而且能获得和扩散冷却CO₂激光器一样的园形模式。

为了获得更大的单位放电长度输出功率，本实用新型也可采用放电区与热交换器，循环风扇分离的外循环对流冷却结构。