專利名稱：寬條陽極的管板式放電電極的制作方法
技術領域：
本發明與橫流放電型氣體激光器有關，特別是一種適用于切割、焊接用的橫流CO2激光器的寬條陽極的管板式放電電極。
背景技術：
橫流氣體CO2激光器中直流氣體放電電極結構，一般采用針板電極結構和管板電極結構，比較簡單、實用。目前的管板電極結構，見附圖1所述，陰極管2置于陽極塊1的上方，氣流的上游位置，在陰極管2的底部上游排列一排放電針3，每根針對應一塊陽極塊，陽極塊沿氣流方向為長條平板金屬塊，陽極塊1沿陰極2方向列陣排列組成陽極，陽極塊1之間間距為d。這種管板式電極結構存在以下缺點1、在有限的腔長內，由于陽極塊1間距d與陽極塊寬度之比占的比例較大，實際有效放電長度利用率較低，限制了激光功率的輸出。
2、板電極放電均勻性取決于預電離分布，由于是單針尖端預放電，加上陽極塊間隔，在陽極表面沿陰極方向上放電電流密度分布不均勻度是很大的。
3、于電流密度分布不均，隨著注入電功率增加，放電很容易過渡到弧光，限制了工作氣壓和體電功率密度的增加。
4、于陽極塊沿氣流方向是長條的，造成沿氣流方向放電截面較大，這對于選模激光器來說模體積利用率太低。
發明內容
本發明的目的是提供一種寬條陽極的管板式放電電極，以適用于我國生產的橫流CO2激光器，提高腔內有效放電長度和單位體積的注入電功率，提高腔內介質增益，改善放電均勻性和穩定性。
本發明的技術解決方案如下一種寬條陽極的管板式放電電極，由陽極、水冷陰極管和預放電針組所組成，所述的陽極是由若干塊金屬的陽極塊沿陰極管方向排列而成，且平行于陰極管，陽極塊之間的間隔為d，在陰極管的上游，排列有對應于陽極塊的預放電針組，其特征在于所述陽極塊的長邊平行于陰極管，而短邊沿氣流方向，陽極塊通過水冷管間接冷卻。
所述的預放電針組的金屬針位于氣流上游方向、順陽極塊長度方向、等間隔排列在陰極管的底部，金屬針的間距為2～5mm。
本發明寬條陽極的管板式放電電極，經試用證明特別適用于切割焊接用橫流CO2激光器，可充分利用模體積與放電區匹配，可提高電光轉換效率。
圖1是已有技術的管板式放電電極結構示意圖。
圖2是本發明的寬條陽極的管板式放電電極結構示意圖。
圖3是本發明的寬條陽極的管板式放電電極的電路示意圖。
具體實施例方式
先請參閱圖2和圖3，本發明的寬條陽極的管板式放電電極是寬條陽極塊列陣1、水冷陰極管2和一排預放電針組3所組成。
所述的陽極是由若干塊寬條陽極塊沿陰極方向排列組成，陽極塊間距為d。每個陽極塊11是一長條平面金屬塊，其長邊平行于陰極管2，短邊與氣流方向一致，在陽極塊11背面由水冷管4間接冷卻。
所述的陽極塊長邊的長度原則上可很長。但是由于氣體負阻特性，陽極塊的穩定輝光放電需要串入一限流電阻，限流電阻功率為P＝(σa×l×ω)2R式中σa為陽極塊輝光放電最大電流密度(A/cm2)，l和ω分別為陽極塊的長度和寬度，R為限流電阻阻值(Ω)。因此陽極塊長度需要適當選擇。
所述的陰極管2是一根通水冷卻的金屬管，其位于陽極的上方，氣流的上游位置且平行于陽極。
所述的預放電針組3是由一排金屬針沿陰極管排列而成，其位置在陰極管的上游與陰極管底部相切，針尖離陰極管距離為dp。預放電針對應陽極塊均布，針密有利于放電均勻性和穩定性，其間隔一般取8～10mm為好。
本發明與已有技術的管板電極結構比較有下列優點1、在相同的電極長度內，本發明的有效放電長度(增益長度)——粗指在陰極方向上陽極塊表面的長度，獲得較大提高，增加倍數為n＝(l1+d)l/(l+d)l1這里l是本發明陽極塊長度，l1為原電極結構陽極塊沿陰極方向長度，d為陽極塊間隔。
2、由于多針強預電離，在陽極板上的放電均勻性獲得提高，隨著放電電流增大，放電可充滿整個陽極表面，而且穩定輝光放電下的輸入電功率密度也成倍提高。
3、陽極寬度可根據激光需要確定，作為基模振蕩或低階模振蕩，陽極寬度稍大于光斑尺寸，這樣放電區與模體積很好匹配，提高光電轉換效率。
本發明在HJ橫流CO2激光器上進行了試驗，具體參數如下黃銅陽極塊尺寸為40×20mm，間距為4mm，共計25塊，陰極管直徑為φ8mm水冷銅管，陰極底部到陽極高度為20mm，每塊陽極塊對應預放電針4根，針與針間距10mm。在激光器內充入80×133.3Pa的CO2+N2+He混合氣體，氣體比例為CO2∶N2∶He＝1∶8∶11，流過放電區的氣體流速為30～50M/S可調。流過每塊陽極塊的電流平均為300mA，最大放電電流密度可達38mA/cm2，是原管板電極的2倍。我們并進行了激光試驗，效果很好。
權利要求
1.一種寬條陽極的管板式放電電極，由陽極(1)、水冷陰極管(2)和預放電針組(3)所組成，所述的陽極(1)是由若干塊金屬的陽極塊(11)沿陰極管(2)方向排列而成，且平行于陰極管(2)，陽極塊(11)之間的間隔為d，在陰極管(2)的上游，排列有對應于陽極塊的預放電針組(3)，其特征在于所述陽極塊(11)的長邊平行于陰極管(2)，而短邊沿氣流方向，陽極塊(11)通過水冷管(4)間接冷卻。
2.根據照權利要求1所述的寬條陽極的管板式放電電極，其特征在于所述的預放電針組(3)的金屬針(31)位于氣流上游方向、順陽極塊(11)長度方向、等間隔排列在陰極管(2)的底部，金屬針的間距為2～5mm。
全文摘要
一種寬條陽極的管板式放電電極，是由寬條陽極塊沿陰極管排列組成放電電極，在陽極塊上方陰極的上游有一組針與陰極之間進行預放電，從而實現高氣壓下的大體積均勻放電。該電極結構能有效增長激光腔內的放電長度，提高放電的均勻性和穩定性，增加體放電功率密度。特別適用于切割、焊接用的選模CO
文檔編號H01S3/038GK1477737SQ0312960
公開日2004年2月25日 申請日期2003年6月27日 優先權日2003年6月27日
發明者歸振興, 沈華勤, 沈暉 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所