[实用新型]纵向激励小功率二氧化碳激光器新型电极结构

说明书

本实用新型涉及纵向激励小功率二氧化碳激光器新型电极结构，属于激光技术领域。

目前，国内激光打标、激光雕刻所用的气体激光器，均采用医用纵向激励小功率二氧化碳激光器。此种激光器最突出的问题是不能胜任常期连续工作，在北方冬天可连续工作3～4个小时，到夏天只能连续工作1～2个小时，不能满足工业用户要求。另外，此种激光器为多模激光输出，只适合粗加工。现今，国内激光打标、激光雕刻所用气体激光器，基本买国外射频激励二氧化碳激光器，平均输出功率为40～100W。射频激励二氧化碳激光器，输出光斑为矩形，长宽比值很大，不同方向发散角也不同，只适合粗加工。

本实用新型的目的是解决现今我国激光打标、激光雕刻所用的二氧化碳激光器，不能胜任常期连续工作，光束质量差，不适合精加工要求。为此提供纵向激励小功率二氧化碳激光器新型电极结构，使激光器放电稳定，激光器工作稳定，改善光束质量，实现低价模圆形光斑输出，提高激光加工性能，满足精加工的要求。在不同地区不同季节，提供连续工作达8个小时的纵向激励小功率二氧化碳激光器，满足工业用户使用要求。

本实用新型特征是：为多圆环电极结构型式，位于氧化铝陶瓷激光管内侧、水套管的外端。面对阴极圆环(4)，主放电阳极圆环(1)、预电离阳极圆环(2)、脱除氮的氧化物阳极圆环(3)顺序电连接。电极圆环平行排列，并且电极圆环(1)、(2)、(3)之间保持一定距离，阴极圆环(4)共用。电极圆环表面喷涂绝缘介质层^[1～3]。

本实用新型特征是：主放电及预电离电源，均采用100～500KHZ高频交流信号激励^[1，2]，实现体积预电离，可降低主放电着火电压，处于最佳值E／N工作，提高pd值，使激光器放电稳定、等离子体稳定，等离体分布较均匀，可改善光束质量，增加注入功率密度，提高激光输出功率。主放电高频交流激励，无阴极位降区，在放电区域内，信号增益及等离子体分布较均匀，可改善光束质量，提高光电转换效率。采取高压窄脉冲放电，可脱除激光器工作气体生成的氮的氧化物^[5]，使激光器工作气体成分基本不变，使激光输出功率稳定，可延长激光器使用寿命。

本实用新型特征是：激光管采用氧化铝陶瓷管^[4]，氧化铝陶瓷管比玻璃管导热率高出20～30倍，可大大改善激光工作气体散热效果，大幅度降低激光管内工作气体温度，有利于激光输出功率稳定，有利于激光器常期连续工作。

本实用新型激光器，由于采用新型电极结构型式，可大大改善激光工作稳定性，大幅度提高光束质量，增加激光输出功率，满足激光精加工的要求。强化冷却激光工作气体等措施，使激光器能常期连续工作。这样的激光器能满足激光打标、激光雕刻对激光器的要求。

图1是本实用新型二氧化碳激光器总体结构图。

图2是图1中A-A向剖结构图。

图3是图1中B-B向剖面结构图。

图中1主放电阳极圆环，2预电离阳极圆环，3脱除氮的氧化物阳极圆环，4阴极圆环，5氧化铝陶瓷激光管，6玻璃水套管。

在图1中，主放电阳极圆环(1)与阴极圆环(4)之间，实现高频交流无声放电，有利于主放电稳定，无阴极位降区，有激光输出。预电离阳极圆环(2)与阴极圆环(4)之间，高频交流激励，实现体积预电离，可大大改善激光器性能及光束质量。脱除氮的氧化化阳极圆环(3)与阴极圆环(4)之间，实现高电压窄脉冲放电，可脱除激光工作气体中的氮的氧化物，保持激光工作气体成分基本不变，稳定激光输出功率。只有新型多圆环电极结构型式，才能实现上述多功能作用，大大改善激光器性能。采用氧化铝陶瓷激光管，大幅度强化冷却激光工作气体，有利于激光器常期连续工作。因此，这样的激光器才能满足激光打标、激光雕刻对激光器的要求，它是理想方案。

在图2中，主放电阳极圆环(1)、预电离阳极圆环(2)、脱除氮的氧化物阳极圆环(3)、阴极圆环(4)，其结构为同心金属圆环电极，位于氧化铝陶瓷激光管的内侧，表面有绝缘介质层，实现无声放电，使放电稳定，减少工作气体污染。

在图3中，所有电极圆环，在氧化铝陶瓷激光管内侧布置相同，平行排列，有一定距离。

参改资料：

1、高频预电离在高气压脉冲放电中的应用研究：

王又青等，《激光技术》，1996年，V01，20，№4，198～201；

2、高频激励CO₂激光器：

陈义红，《激光技术》，1992年，V01，16，№3，164～166；