一種銅蒸氣激光器及銅蒸氣激光切割的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種銅蒸氣激光器及銅蒸氣激光切割機(jī)，放電管的外面設(shè)置保溫層，保溫層的外面設(shè)置石英管，放電管、保溫層和石英管圍成真空室，放電管的內(nèi)部均勻分布著銅鹵化物，石英管外部設(shè)置水冷套，激光諧振腔由輸出耦合鏡與全反鏡組成，輸出耦合鏡與全反鏡分別位于真空室開口的各自一端，電極與保溫層相連，且位于靠近全反鏡的一端，真空泵與石英管相連，且位于靠近輸出耦合鏡的一端，并公開了其激光電源，本實(shí)用新型通過改進(jìn)放電管結(jié)構(gòu)，采用脈沖功率開關(guān)的激光電源，提高了銅蒸氣激光器的輸出功率和光束質(zhì)量；本實(shí)用新型還提供了一種采用上述銅蒸氣激光器制成的銅蒸氣激光切割機(jī)，能夠進(jìn)行快速精細(xì)切割。
【專利說明】一種銅蒸氣激光器及銅蒸氣激光切割機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種金屬蒸氣激光器，特別涉及一種銅蒸氣激光器及由其制成的銅蒸氣激光切割機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]銅蒸氣激光器作為金屬蒸氣激光器的一種，由于其具有較高的重復(fù)頻率(5-20Hz)、在可見光波段的雙波長(zhǎng)(51 lnm，578nm)激光振蕩中具有脈寬窄(約30ns)、功率峰值高(約200kW)、光束質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，因而在材料處理及加工等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。銅蒸氣激光器在加工時(shí)具有較小的熱效應(yīng)區(qū)，非常適合鉆小直徑的孔及對(duì)切割面要求較高的加工。
[0003]銅蒸氣激光器需要較高的工作溫度，由此帶來了一系列技術(shù)上的困難。為了設(shè)法降低銅蒸氣激光器的工作溫度，銅蒸氣激光器的工作物質(zhì)經(jīng)歷了從純銅、銅的鹵化物、銅的有機(jī)物的演變，工作溫度相應(yīng)的從1500°C以上的高溫降到了 300-600°C。但與此同時(shí)，更深入的應(yīng)用需要進(jìn)一步提高銅蒸氣激光器的輸出功率。輸出功率的提高意味著需要加大放電管的口徑，而放電管口徑的加大相應(yīng)又會(huì)出現(xiàn)輸出激光束的中心呈現(xiàn)能量降低情況，即所謂的“黑心”現(xiàn)象，以及趨膚效應(yīng)和激光器的等離子體和激光電源的放電回路不完全匹配等問題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷和問題，本實(shí)用新型提供了一種大口徑的以銅鹵化物為工作物質(zhì)的銅蒸氣激光器，通過改進(jìn)放電管的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)，采用多個(gè)絕緣柵雙極晶體管級(jí)聯(lián)構(gòu)成脈沖功率開關(guān)的激光電源，大大提高了銅蒸氣激光器的輸出功率和光束質(zhì)量。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]一種銅蒸氣激光器，包括放電管、保溫層、石英管、水冷套、激光諧振腔、電極和真空泵，所述放電管的外面設(shè)置保溫層，所述保溫層的外面設(shè)置石英管，所述的放電管、保溫層和石英管圍成真空室，所述放電管的內(nèi)部均勻分布著銅鹵化物，所述的石英管外部設(shè)置水冷套，水冷套一端接地，所述激光諧振腔由輸出耦合鏡與全反鏡組成，所述輸出耦合鏡與全反鏡分別位于真空室開口的各自一端，所述電極與保溫層相連，且位于靠近全反鏡的一端，所述的真空泵與石英管相連，且位于靠近輸出耦合鏡的一端。
[0007]進(jìn)一步的技術(shù)方案，在放電管內(nèi)部均勻分布的銅鹵化物之間設(shè)置數(shù)塊隔板。
[0008]進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述真空室靠近全反鏡一端設(shè)置緩沖氣體入口，該緩沖氣體入口與真空室相通。
[0009]進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述的保溫層由中間部分和兩端部分組成。
[0010]進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述的真空室外部設(shè)置激光電源，該激光電源由高壓直流單元、脈沖功率開關(guān)、激光管、電容器和電感組成，所述高壓直流單元和脈沖功率開關(guān)并聯(lián)后與電感I串聯(lián)，然后與電容器I并聯(lián)，再與電容器2、電感2串聯(lián)后與電容器3、電感3、激光管并聯(lián)。
[0011]本實(shí)用新型還提供了一種采用上述銅蒸氣激光器制成的銅蒸氣激光切割機(jī)，可以對(duì)銅、銀等金屬進(jìn)行快速精細(xì)切割，也特別適合應(yīng)用在半導(dǎo)體的制造領(lǐng)域。該銅蒸氣激光切割機(jī)包括機(jī)床、放料架、龍門橫梁、銅蒸氣激光器、隨動(dòng)激光切割頭、X軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、Y軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制柜，所述機(jī)床的上部設(shè)置放料架，所述的Y軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在機(jī)床兩側(cè)，所述龍門橫梁設(shè)置在Y軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上，其與Y軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形成異面垂直，且位于放料架的頂部，所述的龍門橫梁的上部設(shè)有X軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述的銅蒸氣激光器設(shè)置在X軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上部，所述的隨動(dòng)激光切割頭設(shè)置在龍門橫梁中部，所述控制柜設(shè)置在機(jī)床的前側(cè)面。
[0012]本實(shí)用新型提供了一種銅蒸氣激光器，采用了純度更高的剛玉制作成放電管和不同導(dǎo)熱率材料制成的保溫層，有利激光管兩端保持較高的溫度；且本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了特殊的銅蒸氣激光器激光電源，特別是脈沖功率開關(guān)，由20個(gè)反向?qū)ǖ慕^緣柵雙極晶體管(IGBT)構(gòu)成，壽命更長(zhǎng)，能承受的截止電壓、峰值功率和重復(fù)頻率更高。本實(shí)用新型還提供了一種采用上述銅蒸氣激光器制成的銅蒸氣激光切割機(jī)，可以對(duì)銅、銀等金屬進(jìn)行快速精細(xì)切割，也特別適合應(yīng)用在半導(dǎo)體的制造領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0014]圖1是本實(shí)用新型銅蒸氣激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是本實(shí)用新型銅蒸氣激光器電源的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3是本實(shí)用新型銅蒸氣激光切割機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]其中:1、為放電管；2、陶瓷保溫層；3、石英管；4、真空室；5、銅的鹵化物；6、隔板；7、水冷套；8、輸出耦合鏡；9、全反鏡；10、電極；11、緩沖氣體入口 ；12、真空泵；13、機(jī)床；14、放料架；15、龍門橫梁；16、銅蒸氣激光器；17、隨動(dòng)激光切割頭；18、X軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；19、Y軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；20、控制柜。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面將結(jié)合本實(shí)用新型的附圖，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0019]根據(jù)圖1所示，本實(shí)用新型提供的銅蒸氣激光器，包括放電管、保溫層、石英管、水冷套、激光諧振腔、電極和真空泵，所述放電管的外面設(shè)置保溫層，所述保溫層的外面設(shè)置石英管，所述的放電管、保溫層和石英管圍成真空室，所述放電管的內(nèi)部均勻分布著銅鹵化物，所述的石英管外部設(shè)置水冷套，水冷套一端接地，所述激光諧振腔由輸出耦合鏡與全反鏡組成，所述輸出耦合鏡與全反鏡分別位于真空室開口的各自一端，所述電極與保溫層相連，且位于靠近全反鏡的一端，所述的真空泵與石英管相連，且位于靠近輸出耦合鏡的一端。
[0020]保溫層由中間部分和兩端部分組成，中間部分采用熱導(dǎo)率較高的材料，兩端部分采用熱導(dǎo)率較低的陶瓷材料。為避免激光器工作時(shí)工作物質(zhì)之間的放電相互串弧，在銅鹵化物之間設(shè)置了數(shù)塊隔板。在真空室靠近全反鏡一端設(shè)置緩沖氣體入口，該緩沖氣體入口與真空室相通。
[0021]如圖2所示，本實(shí)用新型提供的銅蒸氣激光器的激光電源設(shè)置在真空室外部，該激光電源由高壓直流單元、脈沖功率開關(guān)、激光管、電容器和電感組成，所述高壓直流單元和脈沖功率開關(guān)并聯(lián)后與電感I串聯(lián)，然后與電容器I并聯(lián)，再與電容器2、電感2串聯(lián)后與電容器3、電感3、激光管并聯(lián)。
[0022]在工作時(shí)，高壓直流單元經(jīng)共振充電電路給儲(chǔ)能電容I和電容2充電。當(dāng)電容I和電容2充電到電壓高于高壓直流單元輸出電壓的兩倍時(shí)，脈沖功率開關(guān)在觸發(fā)信號(hào)的作用下導(dǎo)通,此時(shí)電容I上的電荷經(jīng)電感I和脈沖功率開關(guān)形成振蕩。脈沖功率開關(guān)由20個(gè)反向?qū)ǖ慕^緣柵雙極晶體管(IGBT)構(gòu)成，其在約30kV截止電壓、2500A峰值電流、400ns脈寬和5000Hz重復(fù)頻率下工作，取代常用的閘流管。當(dāng)電容I上的電荷完全反轉(zhuǎn)時(shí)可飽和電感2就變?yōu)轱柡?，反轉(zhuǎn)的電容I上的電荷與電容2上的電荷串聯(lián)經(jīng)電感2向激光管放電。電容3的作用主要是加速激光管內(nèi)的放電過程。電感3為一電感量較大的充電電感，在高重復(fù)頻率的放電過程中，它可以忽略不計(jì)。由于本實(shí)用新型提供的銅蒸氣激光電源流經(jīng)脈沖功率開關(guān)的電流與激光管的放電電流完全隔開，可大大降低脈沖功率開關(guān)的負(fù)荷。
[0023]如圖3所示，本實(shí)用新型還提供了一種采用上述銅蒸氣激光器制成的銅蒸氣激光切割機(jī)，可以對(duì)銅、銀等金屬進(jìn)行快速精細(xì)切割，也特別適合應(yīng)用在半導(dǎo)體的制造領(lǐng)域。該銅蒸氣激光切割機(jī)包括機(jī)床、放料架、龍門橫梁、銅蒸氣激光器、隨動(dòng)激光切割頭、X軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、Y軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制柜，所述機(jī)床的上部設(shè)置放料架，所述的Y軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在機(jī)床兩側(cè)，所述龍門橫梁設(shè)置在Y軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上，其與Y軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形成異面垂直，且位于放料架的頂部，所述的龍門橫梁的上部設(shè)有X軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述的銅蒸氣激光器設(shè)置在X軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上部，所述的隨動(dòng)激光切割頭設(shè)置在龍門橫梁中部，所述控制柜設(shè)置在機(jī)床的前側(cè)面。
[0024]在工作時(shí)，將需要切割的物品放置在放料架上，通過控制柜控制Y軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和X軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，龍門橫梁隨著Y軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上的轉(zhuǎn)動(dòng)而在放料架上方移動(dòng)，直到移動(dòng)的需要切割的物品上方，銅蒸氣激光器隨著X軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)移動(dòng)到需要切割的確切位置上，然后通過銅蒸氣激光器和隨動(dòng)激光切割頭對(duì)物品進(jìn)行切割。
[0025]實(shí)用新型通過上述技術(shù)方案提供了本實(shí)用新型提供了一種銅蒸氣激光器，采用了純度更高的剛玉制作成放電管和不同導(dǎo)熱率材料制成的保溫層，有利激光管兩端保持較高的溫度；同時(shí)，銅蒸氣激光器內(nèi)部充入了以氖氣與氫氣按4:1 (體積)混合的混合氣體作為緩沖氣體，有效減少了激光器的“黑心”現(xiàn)象，增大了激光器的輸出功率；而且本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了特殊的銅蒸氣激光器激光電源，特別是脈沖功率開關(guān)，由20個(gè)反向?qū)ǖ慕^緣柵雙極晶體管(IGBT)構(gòu)成，壽命更長(zhǎng)，能承受的截止電壓、峰值功率和重復(fù)頻率更高。此外，本實(shí)用新型還提供了一種采用上述銅蒸氣激光器制成的銅蒸氣激光切割機(jī)，可以對(duì)銅、銀等金屬進(jìn)行快速精細(xì)切割，也特別適合應(yīng)用在半導(dǎo)體的制造領(lǐng)域。
[0026]以上所述，僅為本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種銅蒸氣激光器，包括放電管、保溫層、石英管、水冷套、激光諧振腔、電極和真空泵，其特征在于:所述放電管的外面設(shè)置保溫層，所述保溫層的外面設(shè)置石英管，所述的放電管、保溫層和石英管圍成真空室，所述放電管的內(nèi)部均勻分布著銅鹵化物，所述的石英管外部設(shè)置水冷套，水冷套一端接地，所述激光諧振腔由輸出耦合鏡與全反鏡組成，所述輸出耦合鏡與全反鏡分別位于真空室開口的各自一端，所述電極與保溫層相連，且位于靠近全反鏡的一端，所述的真空泵與石英管相連，且位于靠近輸出耦合鏡的一端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅蒸氣激光器，其特征在于:在放電管內(nèi)部均勻分布的銅鹵化物之間設(shè)置數(shù)塊隔板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅蒸氣激光器，其特征在于:所述真空室靠近全反鏡一端設(shè)置緩沖氣體入口，該緩沖氣體入口與真空室相通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅蒸氣激光器，其特征在于:所述的保溫層由中間部分和兩端部分組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的一種銅蒸氣激光器，其特征在于:所述的真空室外部設(shè)置激光電源，該激光電源由高壓直流單元、脈沖功率開關(guān)、激光管、電容器和電感組成，所述高壓直流單元和脈沖功率開關(guān)并聯(lián)后與電感I串聯(lián)，然后與電容器I并聯(lián)，再與電容器2、電感2串聯(lián)后與電容器3、電感3、激光管并聯(lián)。
6.一種由權(quán)利要求1-5任一所述的銅蒸氣激光器制成的銅蒸氣激光切割機(jī)，其特征在于:包括機(jī)床、放料架、龍門橫梁、銅蒸氣激光器、隨動(dòng)激光切割頭、X軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、Y軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制柜，所述機(jī)床的上部設(shè)置放料架，所述的Y軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在機(jī)床兩側(cè)，所述龍門橫梁設(shè)置在Y軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上，其與Y軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形成異面垂直，且位于放料架的頂部，所述的龍門橫梁的上部設(shè)有X軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述的銅蒸氣激光器設(shè)置在X軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上部，所述的隨動(dòng)激光切割頭設(shè)置在龍門橫梁中部，所述控制柜設(shè)置在機(jī)床的前側(cè)面。
【文檔編號(hào)】H01S3/036GK203521882SQ201320647313
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月21日
【發(fā)明者】聞靖 申請(qǐng)人:武漢市楚源光電有限公司