[实用新型]一种二氧化碳激光器系统

说明书

一种二氧化碳激光器系统，涉及激光器领域，解决了现有二氧化碳激光器系统存在的光学元件耐久性低、激光器维护和清洁成本高、激光器性能不稳定的问题。本实用新型的一种二氧化碳激光器系统包括：由尾部光学元件和输出光学器件组成的激光谐振腔、第一气体导管装置、气体供应装置、第二气体导管装置、激励机构、气体处理装置。相干激光从激光谐振腔输出，气体供应装置向激光谐振腔供应激光谐振腔气体，激励机构向激光谐振腔气体提供能量；通过气体处理装置将激光谐振腔气体进行再循环处理后传输至激光谐振腔进行循环使用。本实用新型的二氧化碳激光器系统提高了光学元件的耐久性，激光器维护和清洁成本降低，激光器性能稳定，提高了输出功率。

技术领域

本实用新型涉及激光器技术领域，具体涉及一种二氧化碳激光器系统。

背景技术

气体激光通常是通过气体介质的激发而产生光，二氧化碳激光器是使用二氧化碳、氮气和氦的混合物作为气体介质。二氧化碳通过添加到气体混合中的能量激发到更高的能量状态，受激发的二氧化碳返回低能量态形成能量的跃迁从而产生激光，氮气有助于激发二氧化碳并提高产生光的效率；而氦的介入，能起到缓冲气体的作用，帮助气体介质中的热量传递，并帮助二氧化碳从低能级下降到基态。二氧化碳激光谐振腔气体以各种形式提供，以符合特定的激光设计和激光制造商的要求。例如，有一些二氧化碳激光谐振腔气体是通过各自独立的气瓶输送并混合在一起，在进入激光谐振腔之前或在激光谐振腔内进行混合。还有一些激光谐振腔气体是预先混合好的，直接提供给激光谐振腔。还有一些情况下，是将混合好的激光谐振腔气体直接密封在了激光器系统内。

通常情况下，激光器系统内压缩、储存或传导的气体中含有大量的卤代烃。卤代烃的数量会根据设计的不同而变化，也和激光产生设备的状况有关。卤代烃化合物是包含碳和至少一个卤素如溴，氯，氟或碘的化合物。卤化碳的两个亚类是氯碳化合物和碳氟化合物。氯碳化合物包含碳和氯，而碳氟化合物包含碳和氟。典型的卤代烃化合物例如三氟氯乙烯(CTFE)和全氟聚醚(PFPE)用于润滑剂，例如气体压缩机润滑剂、密封件和用于激光产生设备的O形环。有时也会将氟碳化合物和氯碳化合物混合在一起以获得所需的操作特性。

含有卤代烃的二氧化碳激光谐振腔气体的转换效率和寿命通常在经过激光器系统部件后都会有所降低。当卤代烃化合物以超过大约100ppt的浓度存在于激光谐振腔气体中时，卤代烃化合物可以导致从激光谐振腔发出的通常为粉红色到紫色的光呈白色闪烁现象的中断。另外，在给定的激光功率输出的情况下，与使用含有超过100ppt的总卤代烃浓度的二氧化碳激光谐振腔气体操作的激光器相比，包含总卤代烃浓度小于约100ppt的二氧化碳激光谐振腔气体产生激光所需的输入能量要低。上述所提及的两个问题都会导致激光器功率效率的降低，在没有任何详细的理论依据的情况下，可认为这些问题都是由在激光谐振腔中产生的高能量场中的长的卤代烃化合物化学链的解离造成的。解离的化学链重新组合成与系统无关的和侵蚀性的污染物化合物，例如氯化氢(HCl)，氟化氢(HF)和其他破坏性化学链。当激光在谐振腔内进行反射和投射时，这些污染物化合物会影响激光有效的通过光学元件。结果，这些光学元件的耐久性就大大降低了。

此外，由于激光器系统中的光学元件上积聚的污染物，通常有必要停止激光器的操作，例如大约每隔600-1200小时清洁或更换激光谐振腔中的光学元件。通常，激光器制造商建议在使用约2000小时后清洁或更换光学元件。确定清洁或更换光学元件的频率的其他因素包括气体的纯度、气体供应装置的完整性、激光谐振腔操作的功率、光学元件的质量以及激光器的工作周期。另外，虽然每次清洗光学元件时可能会降低成本，而不是每次更换激光谐振器时都要更换光学元件，但维护或清洁激光器的成本仍然很高，因为这种成本可能会每年重复多次。

一般来说，随着激光输出功率的增加，对于二氧化碳激光谐振腔气体的纯度要求变得更加严格。对于二氧化碳激光器来说，产生大约2.5至6千瓦的输出功率是很典型的，而早期的二氧化碳激光器使用的纯度较低，二氧化碳激光谐振腔气体产生约1至1.5千瓦的输出功率。压缩气体的纯度定义如下：