本發(fā)明涉及激光器的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種新型二氧化碳射頻金屬激光器。

背景技術(shù)：

二氧化碳射頻金屬激光器，是近年來(lái)工業(yè)激光市場(chǎng)上發(fā)展最為迅速的技術(shù)之一，被認(rèn)為是玻璃管封離二氧化碳激光器的最佳替代品。

它采用全金屬化結(jié)構(gòu)，具有體積小、全封閉、裝置緊湊、封離運(yùn)轉(zhuǎn)、免維護(hù)、成本低、調(diào)制特性優(yōu)良、輸出光束質(zhì)量高(比玻璃管精細(xì)3倍多)、注入功率密度高、工作電壓低、輸出功率方便可調(diào)、功率穩(wěn)定性優(yōu)異、運(yùn)行可靠性高等特點(diǎn)，更為重要的是，二氧化碳射頻金屬激光器還具有使用壽命長(zhǎng)(一般在20000小時(shí)以上)、維修成本低、充氣后還可重復(fù)使用，且無(wú)需更換等優(yōu)勢(shì)；在各類商用激光器中，二氧化碳射頻金屬激光器的每瓦輸出成本最低，插頭效率較高，在10％-12％之間，其應(yīng)用包括柔性材料、非金屬固性材料的高速切割、雕刻、焊接等。這些優(yōu)勢(shì)，使得二氧化碳射頻金屬激光器，非常適合工業(yè)化連續(xù)作業(yè)生產(chǎn)。

但是，現(xiàn)有技術(shù)中，二氧化碳射頻激光器電極在電極進(jìn)行精加工安裝以后，電極之間的距離無(wú)法調(diào)整，當(dāng)電極需要優(yōu)化調(diào)整時(shí)，則需要重新拆裝激光器腔體，修改相關(guān)器件的尺寸參數(shù)，由于激光器腔體為真空腔體，屬于精密部件，上述調(diào)整方式需要專業(yè)器械和人員，使得在調(diào)整的過(guò)程中可能存在影響激光器腔體的相關(guān)參數(shù)的問(wèn)題；再者，現(xiàn)有技術(shù)中，二氧化碳激光器光路系統(tǒng)還存在光束旁瓣、加工精度不高的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種加工精度高、無(wú)光束旁瓣的新型二氧化碳射頻金屬激光器，以克服當(dāng)電極需要優(yōu)化調(diào)整時(shí)，需要重新拆裝激光器腔體，修改相關(guān)器件的尺寸參數(shù)，由于激光器腔體為真空腔體，屬于精密部件，上述調(diào)整方式需要專業(yè)器械和人員，使得在調(diào)整的過(guò)程中可能存在影響激光器腔體的相關(guān)參數(shù)的問(wèn)題。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種新型二氧化碳射頻金屬激光器，包括激光器腔體、整形腔體，激光器腔體內(nèi)設(shè)置有上電極、下電極、放電區(qū)左側(cè)擋板、放電區(qū)右側(cè)擋板；

上電極位于激光器腔體內(nèi)的上凹槽中，下電極位于激光器腔體內(nèi)的下凹槽中，上電極和下電極沿激光器腔體的縱向平行放置；放電區(qū)左側(cè)擋板、放電區(qū)右側(cè)擋板與激光器腔體為一體結(jié)構(gòu)，整體擠壓成型，上電極、下電極通過(guò)頂絲固定于激光器腔體內(nèi)；

上電極、下電極、放電區(qū)左側(cè)擋板、放電區(qū)右側(cè)擋板的豎直截面呈T字形；

上電極、下電極和放電區(qū)左側(cè)擋板、放電區(qū)右側(cè)擋板之間用定位球固定絕緣，定位球材 質(zhì)為氧化鋁陶瓷，直徑為2mm；上電極、下電極、放電區(qū)左側(cè)擋板、放電區(qū)右側(cè)形成長(zhǎng)方形射頻放電通道。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，激光器腔體整體呈長(zhǎng)方體；上電極、下電極、放電區(qū)左側(cè)擋板、放電區(qū)右側(cè)擋板組成的區(qū)域形成密閉的儲(chǔ)氣室，儲(chǔ)氣室內(nèi)為CO₂、N₂、He和Xe的混合氣體，并控制混合氣體的最佳總氣壓在10～12kPa之間，最佳氣體混合比為CO₂：N₂：He：Xe＝16:16:63:5。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，上電極、下電極通過(guò)上電極、下電極上設(shè)置的頂絲進(jìn)行高度的調(diào)整。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，整形腔體包括平面反射鏡、球面聚焦鏡、空間濾波器、柱面鏡以及球面準(zhǔn)直鏡構(gòu)成；

激光器腔體內(nèi)的上電極、下電極產(chǎn)生的激光束依次通過(guò)其內(nèi)設(shè)置的諧振腔輸出鏡、窗口鏡進(jìn)入整形腔體，激光束進(jìn)入整形腔體依次通過(guò)平面反射鏡、球面聚焦鏡、空間濾波器、柱面鏡以及球面準(zhǔn)直鏡進(jìn)行整形。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，上電極、下電極沿長(zhǎng)度方向側(cè)端的對(duì)應(yīng)位置均勻設(shè)置有多個(gè)電感定位孔，上電極、下電極之間通過(guò)每組對(duì)應(yīng)設(shè)置的電感定位孔內(nèi)設(shè)置的匹配電感連接；上電極的頂絲和上電極的電感定位孔之間、下電極的頂絲和下電極的電感定位孔之間均開(kāi)有通槽。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，激光器腔體上方設(shè)置有風(fēng)扇，風(fēng)扇通過(guò)激光器腔體上的多個(gè)螺孔用螺絲固定連接。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，激光器腔體的左右兩個(gè)外側(cè)壁上均設(shè)置有散熱翼片；散熱翼片與激光器腔體為一體結(jié)構(gòu)，整體擠壓成型。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，激光器腔體、上電極、下電極、放電區(qū)左側(cè)擋板、放電區(qū)右側(cè)擋板材質(zhì)為鋁合金，均為擠壓拉制而成。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，激光器腔體上方設(shè)置有一臺(tái)階，臺(tái)階上設(shè)置有電路安裝槽，電路安裝槽內(nèi)部裝有控制電路板、射頻電源板和電極。

采用上述技術(shù)方案，由于上電極位于激光器腔體內(nèi)的上凹槽中，下電極位于激光器腔體內(nèi)的下凹槽中，上電極、下電極通過(guò)頂絲固定于激光器腔體內(nèi)；上電極、下電極與激光器腔體為分體結(jié)構(gòu)，位置可調(diào)，放電區(qū)左側(cè)擋板、放電區(qū)右側(cè)擋板與激光器腔體為一體結(jié)構(gòu)，使得整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，上電極、下電極之間的距離便于專業(yè)操作人員進(jìn)行調(diào)整。

上電極、下電極和放電區(qū)左側(cè)擋板、放電區(qū)右側(cè)擋板之間用定位球固定絕緣，上電極、下電極、放電區(qū)左側(cè)擋板、放電區(qū)右側(cè)形成長(zhǎng)方形射頻放電通道，保證了在射頻放電時(shí)，電極與側(cè)擋板之間互不干擾。

此外，上電極和下電極間距可以通過(guò)頂絲調(diào)節(jié)。上電極頂絲和上電極電感定位孔之間、 下電極頂絲和下電極電感定位孔之間均開(kāi)有通槽。該電極結(jié)構(gòu)不僅方便激光器腔體和上電極、下電極的安裝，而且實(shí)現(xiàn)了上電極、下電極之間距離的微調(diào)。

本發(fā)明的激光產(chǎn)生后進(jìn)入上部的整形腔體，光束依次通過(guò)平面反射鏡、球面聚焦鏡、空間濾波器、柱面鏡以及球面準(zhǔn)直鏡，可滿足整形后的光束在7000毫米距離兩個(gè)方向上的束寬基本一致，光束半寬差值在0.15毫米內(nèi)。完全可以認(rèn)為整形后的光束在7000毫米的范圍內(nèi)是準(zhǔn)直光束，保證可以滿足絕大多數(shù)激光加工系統(tǒng)的需要。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種新型二氧化碳射頻金屬激光器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一種新型二氧化碳射頻金屬激光器的激光器腔體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1-激光器腔體，2-整形腔體，3-上電極，4-下電極，5-放電區(qū)左側(cè)擋板，6-放電區(qū)右側(cè)擋板，7-頂絲，8-定位球，9-儲(chǔ)氣室，10-電感定位孔，11-匹配電感，12-散熱翼片，13-諧振腔輸出鏡，14-窗口鏡，15-電路安裝槽，16-平面反射鏡，17-球面聚焦鏡，18-空間濾波器，19-柱面鏡，20-球面準(zhǔn)直鏡。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說(shuō)明。在此需要說(shuō)明的是，對(duì)于這些實(shí)施方式的說(shuō)明用于幫助理解本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

如圖1至圖2所示，本發(fā)明的一種新型二氧化碳射頻金屬激光器，包括激光器腔體1、整形腔體2，激光器腔體1為左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)置有上電極3、下電極4、放電區(qū)左側(cè)擋板5、放電區(qū)右側(cè)擋板6。

上電極3位于激光器腔體1內(nèi)的上凹槽中，下電極4位于激光器腔體1內(nèi)的下凹槽中，上電極3和下電極4沿激光器腔體的縱向平行放置；放電區(qū)左側(cè)擋板5、放電區(qū)右側(cè)擋板6與激光器腔體1為一體結(jié)構(gòu)，整體擠壓成型，上電極3、下電極4通過(guò)頂絲7固定于激光器腔體1內(nèi)；上電極3、下電極4通過(guò)上電極3、下電極4上設(shè)置的頂絲7進(jìn)行高度的調(diào)整。

上電極3、下電極4和放電區(qū)左側(cè)擋板5、放電區(qū)右側(cè)擋板6之間用定位球8固定絕緣，定位球8材質(zhì)優(yōu)選為氧化鋁陶瓷，直徑為2mm；上電極3、下電極4、放電區(qū)左側(cè)擋板5、放電區(qū)右側(cè)形成長(zhǎng)方形射頻放電通道；由巴型定律可知上電極3與放電區(qū)左側(cè)擋板5、上電極3與放電區(qū)右側(cè)擋板6、下電極4與放電區(qū)左側(cè)擋板5、下電極4與放電區(qū)右側(cè)擋板6之間沒(méi)有放電發(fā)生，可有效將氣體放電的區(qū)間限制在規(guī)定的上電極3和下電極4之間。

激光器腔體1整體呈長(zhǎng)方體；上電極3、下電極4、放電區(qū)左側(cè)擋板5、放電區(qū)右側(cè)擋板6的豎直截面呈T字形，其組成的區(qū)域形成密閉的儲(chǔ)氣室9，儲(chǔ)氣室9內(nèi)為能放電發(fā)出激光的氣體，本發(fā)明的儲(chǔ)氣室9內(nèi)的氣體為CO₂、N₂、He和Xe的混合氣體，并控制混合氣體的最佳 總氣壓在10～12kPa之間，控制最佳氣體混合比為CO₂：N₂：He：Xe＝16:16:63:5。

整形腔體2包括平面反射鏡16、球面聚焦鏡17、空間濾波器18、柱面鏡19以及球面準(zhǔn)直鏡20構(gòu)成；激光器腔體1內(nèi)的上電極3、下電極4產(chǎn)生的激光束依次通過(guò)其內(nèi)設(shè)置的諧振腔輸出鏡13、窗口鏡14進(jìn)入整形腔體2，激光束進(jìn)入整形腔體2依次通過(guò)平面反射鏡16、球面聚焦鏡17、空間濾波器18、柱面鏡19以及球面準(zhǔn)直鏡20進(jìn)行整形。

窗口鏡14選用金剛石窗口制成，金剛石窗口鏡14的導(dǎo)熱性好，導(dǎo)熱性好意味著得到更高的輸出功率的同時(shí)具有更小的熱效應(yīng)；平面反射鏡16為一個(gè)轉(zhuǎn)折鏡，它的主要作用是改變光束的傳輸方向，球面聚焦鏡17表示一個(gè)球面鏡，用于對(duì)輸出光束的非穩(wěn)方向進(jìn)行聚焦，而球面鏡的作用就是對(duì)未整形光束非穩(wěn)方向進(jìn)行聚焦，在球面鏡焦平面處得到聚焦光束的遠(yuǎn)場(chǎng)分布，實(shí)現(xiàn)光束低頻與高頻部分在焦平面上分離，便于后續(xù)旁瓣的消除；空間濾波器18消除了輸出光束中的旁瓣，改善了輸出光束非穩(wěn)方向的光束質(zhì)量；柱面鏡19用于控制輸出光束非穩(wěn)方向的發(fā)散角，控制輸出光束兩個(gè)方向的束寬；通過(guò)調(diào)整球面準(zhǔn)直鏡20的曲率半徑與放置位置，可以對(duì)整形光束的束腰位置進(jìn)行調(diào)整。

上電極3、下電極4沿長(zhǎng)度方向側(cè)端的對(duì)應(yīng)位置均勻設(shè)置有多個(gè)電感定位孔10，上電極3、下電極4之間通過(guò)每組對(duì)應(yīng)設(shè)置的電感定位孔10內(nèi)設(shè)置的匹配電感11連接；本發(fā)明的上電極3和下電極4之間并聯(lián)兩個(gè)諧振電感，形成LC高Q的諧振電路與射頻電源振蕩頻率匹配，保證射頻電壓放電通道的均勻分布，實(shí)現(xiàn)了射頻功率的最大轉(zhuǎn)換效率；上電極3的頂絲7和上電極3的電感定位孔10之間、下電極4的頂絲7和下電極4的電感定位孔10之間均開(kāi)有通槽，該電極結(jié)構(gòu)不僅方便激光器腔體1和上電極3、下電極4的安裝，而且實(shí)現(xiàn)了上電極3、下電極4之間距離的微調(diào)。

激光器腔體1上方設(shè)置有風(fēng)扇，風(fēng)扇通過(guò)激光器腔體1上的多個(gè)螺孔用螺絲固定連接；采用設(shè)置于激光器腔體1的外部的風(fēng)扇對(duì)激光器腔體1進(jìn)行散熱，使得激光器腔體1的體積較小，且用風(fēng)冷替換了水冷，克服了水冷時(shí)一直存在的水箱漏水、冷卻水流性差導(dǎo)致散熱不足等致命故障，提高了系統(tǒng)的可靠性。

激光器腔體1的左右兩個(gè)外側(cè)壁上均設(shè)置有散熱翼片12；散熱翼片12與激光器腔體1為一體結(jié)構(gòu)，整體擠壓成型，實(shí)現(xiàn)了良好的熱擴(kuò)散效應(yīng)；激光器腔體1、上電極3、下電極4、放電區(qū)左側(cè)擋板5、放電區(qū)右側(cè)擋板6材質(zhì)為鋁合金，均為擠壓拉制而成。

激光器腔體1上方設(shè)置有一臺(tái)階，臺(tái)階上設(shè)置有電路安裝槽15，電路安裝槽15內(nèi)部裝有控制電路板、射頻電源板和電極；臺(tái)階的設(shè)計(jì)使得電路安裝槽15部與激光器腔體1脫離，保證了腔體的散熱不影響電路的實(shí)際工作效果。

以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作了詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明不限于所描述的實(shí)施方式。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明原理和精神的情況下，對(duì)這些實(shí)施方式進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。