專利名稱：一種光腔可調節的二氧化碳激光器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于激光技術領域，具體地說是利用一種光腔可調節
的二氧化碳激光器，改善500W以下小功率玻璃管二氧化碳激光器的 性能。
背景技術：
在本實用新型提出之前，中小功率的二氧化碳激光器現在主要有 兩種 一種全金屬射頻激勵的擴散冷卻激光器，另一種是玻璃管二氧 化碳激光器(以下簡稱玻璃管激光器)，它們都是通過氣體放電形成 氣體激發產生激光的。在這兩種激光器上，激光諧振腔(以下簡稱光 腔)是由兩個光學鏡片組成的，其中一個是全反射鏡、另一個是輸出 耦合鏡。前一種激光器的綜合性能比較好，主要特點是壽命很長，可
以連續運行10000小時以上，基本免維護，主要缺點是價格昂貴，例 如一個50W的擴散冷卻射頻激勵的二氧化碳激光器需要人民幣10萬 元以上，因此全球銷量還沒有突破2萬個。后一種激光器的優點是價 格十分低， 一個50W的激光器的價格不超過人民幣IOOO元，但其壽 命短， 一般連續工作時間為1000小時，此外激光光束質量也存在一 些問題。盡管有明顯的缺點，但由于市場需求大，玻璃管激光器在中 國的年需求量就超過了 10萬個。另外，由于玻璃管激光器的管殼和
光腔的兩個鏡片之間連接屬于不同材料的連接，不可能進行熔化封 接，密封難度比較大。鏡片的主要作用是產生激光振蕩和隔離大氣與 激光氣體，漏氣率必須很低。 一般說來，玻璃管激光器的絕對氣體壓 力在2-5kPa范圍，泄漏0. 05kPa以后激光器就難以穩定工作。由于 激光鏡片的材料與玻璃不同，并且激光鏡片上還鍍了產生激光所需要 的薄膜，很難采用普通玻璃的高溫熔化的密封辦法，因此普通玻璃管 激光器的鏡片與玻璃管殼之間的密封是用膠粘接的工藝完成，幾乎所
有的國內外產品都是如此，少量國外產品用可閥合金過渡與玻璃焊接 密封的工藝。膠粘接的辦法簡單，但問題是十分突出的1)漏氣率 高，空氣容易進入激光器；2)在負壓下和氣體放電環境下膠自行分 解為有機氣體從而形成對激光氣體的毒害；3)前兩種作用和氣體放 電而產生氣體分解的三重作用迅速使玻璃管激光器性能衰退直至報 廢。正因為如此，玻璃管激光器連續工作的使用壽命只有1000小時， 少量的能達到3000小時。國外用氣體再生還原辦法的工程上使用的 激光器的壽命有5000小時的報道。
很顯然，用膠粘接密封的玻璃管激光器的光腔是由兩端粘接的兩 個鏡片組成，是不可調節的。而激光器的光腔是需要調節的，只有調 節才能達到光束質量最好和功率最高的最佳效果。鏡片粘接固化后就 不能動了，即使是剛固化時要達到最佳效果是不可能的，最簡單的理 由是光學鏡片的兩個表面不可能絕對平行，固化前的準直就不可能達 到理想程度。鏡片粘接固化后，遇到溫度、濕度、激光工作條件等變 化光腔都要發生變化，情況在不斷惡化，光腔變化也是目前玻璃管激 光器壽命不長的主要原因之一。
實用新型內容
針對玻璃管激光器壽命比較短的缺點，本實用新型的目的是提供 一種金屬密封的光腔可以調節的玻璃管激光器，金屬密封是獲得最低 漏氣率的最有效的途徑，這種方法可以使目前的玻璃管激光器的壽命 大幅度延長。
為了實現上述目的，本實用新型的技術方案是，這種光腔可調節 的二氧化碳激光器，它由玻璃管激光器管殼，可調節內、外法蘭，金 屬密封圈、激光輸出耦合鏡、反射鏡，調節螺栓組成，在玻璃管激光 器管殼兩端激光輸出耦合鏡和反射鏡與玻璃管管口之間設置有金屬 密封圈，玻璃管管口設有外臺邊、并與可調內法蘭內圓內臺邊適配， 可調外法蘭內圓臺邊與激光輸出耦合鏡和反射鏡外圓邊適配，可調節
內、外法蘭用調節螺栓固定。
本實用新型所述的可調節外法蘭上布置有水冷套接口。 本實用新型所述的可調節內、外法蘭上布置有3個調節螺栓孔，
孔距按360°等分。
本實用新型所述的金屬密封圈采用柔性金屬材料，主要采用銦、 銅、鉛、錫等，也可以用聚四氟乙烯或橡膠替代。
本實用新型的優越性在于1)金屬密封是目前獲得最低漏氣率
的最有效途徑，比其它任何方式的密封的效果都要好；2)金屬在常 溫下根本不存在分解的問題，只有在常溫和大氣環境下表面會氧化的 情況，不可能有用膠粘接密封會產生有機氣體分解出來的問題。用金 屬密封的另一類優點是由于金屬密封有一定的彈性，激光鏡片可以 做精密調節，可以使激光器獲得最佳效果。即使是激光器運行了很長 時間以后光腔發生一些變化，通過微調又可以使光腔達到最佳狀態。
圖l玻璃管二氧化碳激光器結構示意圖。 圖2是圖1中A-A玻璃管管口端面結構剖視圖。 其中(1)玻璃管管殼，(2)可調內法蘭，(3)金屬密封圈，(4) 激光輸出耦合鏡或反射鏡，(5)可調外法蘭，(6)調節螺栓。
本實用新型采用了示意如圖1的基本結構，其一端局部(圖1中 中虛線方框內的局部)放大的結構如圖2。由于玻璃管激光器的兩端 是基本相同的，是裝配光腔的兩個鏡片的地方。所不同的是 一端是 反射鏡，另一端是輸出耦合鏡。圖2只表明了輸出耦合鏡的一端，另 一端與此基本相同但在本說明書中具體闡述。在圖2中，(1)是玻璃 管殼；(2)是有調節螺孔的內法蘭；(3)是金屬密封圈；(4)激光輸 出耦合鏡(在另一端則是反射鏡)；(5)是帶有水冷套或不帶水冷套 的外法蘭，如果是功率比較高的激光管，外法蘭可以通水冷卻輸出耦 合鏡或反射鏡，功率低的激光器就不需要冷卻鏡片了； (6)是3個既
連接內外兩個法蘭又起調節光腔作用的螺栓。
很明顯，采用了上述結構后的密封是由金屬密封圈(3)完成的， 光腔的調節是通過內外法蘭和調節螺栓的共同作用完成的。
本實用新型中的金屬密封圈(3)也可以用聚四氟乙烯或優質的 氟橡膠替代，效果也是比較好的，這時激光器的壽命可以達到5000 小時。
具體實施方式
本實用新型在實施中，首先將可調內法蘭套入管殼頸部，再燒結 玻璃管殼管口臺邊，或將可調內法蘭加工成兩個活動連接的半圓即 可。
金屬密封圈采用的柔性材料主要有銦、或鋁、或金、或銀、或 銅、或錫、或鉛等等，它們的合金也可以采用。具體使用時是采用其 中一種金屬或其合金做密封圈就能很好地進行密封了。
本實用新型的具體實施例子如下 一個1200mm的玻璃管激光器， 放電管直徑8mm，抽真空后充入C02 : N2 : He的混合比例為1:3:5 的混合氣體為工作物質，氣體壓力為2.5kPa，觸發電壓22-25kV，放 電工作電壓15-18kV，放電電流20-30mA,光腔由曲率半徑為3000mm 的鍍金全反射鏡和輸出透過率為30%的平面Ge鏡組成，光腔鏡片與 管殼采用本實用新型的方式密封，密封后接通激光電源，在放電狀態 下將光腔調節到最佳狀態，這樣的激光器功率可以達到80W (比普通 玻璃管激光器的功率高20%以上)，激光光束模式為基模，壽命可以 達到10000小時。
權利要求1、一種光腔可調節的二氧化碳激光器，它由玻璃管激光器管殼，可調節內、外法蘭，金屬密封圈、激光輸出耦合鏡、反射鏡，調節螺栓組成，其特征在于在玻璃管激光器管殼兩端激光輸出耦合鏡和反射鏡與玻璃管管口之間設置有金屬密封圈，玻璃管管口設有外臺邊、并與可調內法蘭內圓內臺邊適配，可調外法蘭內圓臺邊與激光輸出耦合鏡和反射鏡外圓邊適配，可調節內、外法蘭用調節螺栓固定。
2、 按權利要求1所述的一種光腔可調節的二氧化碳激光器，其 特征在于可調節外法蘭上布置有水冷套接口。
3、 按權利要求1所述的一種光腔可調節的二氧化碳激光器， 其特征在于可調節內、外法蘭上布置有3個調節螺栓孔，孔距按360°等分。
4、 按權利要求1所述的一種光腔可調節的二氧化碳激光器，其特征在于金屬密封圈采用柔性金屬材料。
5、 按權利要求4所述的一種光腔可調節的二氧化碳激光器，其特征在于所述密封圈也可以用聚四氟乙烯或橡膠。
專利摘要一種光腔可調節的二氧化碳激光器，本實用新型屬于激光技術領域，本實用新型的目的是提供一種金屬密封的光腔可以調節的玻璃管激光器，它由玻璃管激光器管殼，可調節內、外法蘭，金屬密封圈、激光輸出耦合鏡、反射鏡，調節螺栓組成，在玻璃管激光器管殼兩端激光輸出耦合鏡和反射鏡與玻璃管管口之間設置有金屬密封圈，玻璃管管口設有外臺邊、并與可調內法蘭內圓內臺邊適配，可調外法蘭內圓臺邊與激光輸出耦合鏡和反射鏡外圓邊適配，可調節內、外法蘭用調節螺栓固定，由于金屬密封有一定的彈性，激光鏡片可以做精密調節，可以使激光器獲得最佳效果。
文檔編號H01S3/041GK201001001SQ200620098970
公開日2008年1月2日 申請日期2006年9月14日 優先權日2006年9月14日
發明者陳清明 申請人:陳清明