專利名稱:氣動(dòng)窗口的制作方法
本發(fā)明屬于氣體激光系統(tǒng)。
隨著氣體激光器的發(fā)展，激光器的輸出功率越來(lái)越大。由于激光束功率的增加，當(dāng)光束通過(guò)固體材料窗口時(shí)，熱效應(yīng)的影響及其它原因?qū)?huì)使窗口材料遭到破壞。因而對(duì)于連續(xù)激光器，當(dāng)輸出功率達(dá)萬(wàn)瓦級(jí)時(shí)，一般需采用氣動(dòng)窗口作為輸出窗口。
目前國(guó)外已采用的氣動(dòng)窗口結(jié)構(gòu)，如美國(guó)專利US3851273中描述的氣動(dòng)窗口，是在氣體激光器腔壁與外界大氣之間建立兩個(gè)具有通過(guò)激光束的同軸孔的隔板，兩隔板間形成一抽氣腔，運(yùn)行時(shí)不斷抽去由外界大氣和激光腔內(nèi)工作氣體進(jìn)入抽氣腔內(nèi)的氣體，達(dá)到封閉外界大氣和激光腔內(nèi)低氣壓的壓差。采用這種結(jié)構(gòu)時(shí)，由于大氣通過(guò)光孔進(jìn)入抽氣腔后，在抽氣腔內(nèi)膨脹形成超音速氣流，該氣流對(duì)激光腔內(nèi)的工作氣體產(chǎn)生強(qiáng)烈的擾動(dòng)，使工作氣體內(nèi)混入大氣，因此，運(yùn)行中要靠從激光腔內(nèi)不斷抽出工作氣體來(lái)防止激光腔內(nèi)氣體受大氣的污染。每小時(shí)需耗費(fèi)的工作氣體達(dá)十幾立方米，對(duì)于工作氣壓為0.1大氣壓、工作氣體為He、N2、CO2混合氣體的激光器，每小時(shí)消耗的工作氣體費(fèi)用達(dá)二百多元(按國(guó)內(nèi)價(jià)格計(jì)算)。
本發(fā)明的目的在于減少或避免氣動(dòng)窗口運(yùn)行中激光工作氣體的消耗，降低激光器的運(yùn)行成本。
本發(fā)明的內(nèi)容包括氣動(dòng)窗口的主體為一封閉腔體，封閉腔體可以由園柱形筒體、前法蘭盤(pán)和后法蘭盤(pán)組成。封閉腔體的一端有第一個(gè)光孔與激光腔相通，另一端有第二個(gè)光孔與大氣相通。在封閉腔體中有一中間板，將封閉于同一光學(xué)直線上。激光腔Ⅰ內(nèi)的激光束經(jīng)聚焦后通過(guò)這三個(gè)光孔輸出激光腔外。閥門(mén)(11)用于在氣動(dòng)窗口不運(yùn)行時(shí)封閉激光腔內(nèi)的低氣壓。前法蘭盤(pán)經(jīng)閥門(mén)、聯(lián)接法蘭(12)連在激光腔壁(13)上。三個(gè)光孔周圍均開(kāi)有環(huán)形冷卻槽(19)、(20)、(21)，冷卻液經(jīng)進(jìn)口管(22)、(23)、(24)進(jìn)入冷卻槽，循環(huán)一周后由出口管導(dǎo)出。
氣動(dòng)窗口工作時(shí)，抽氣裝置通過(guò)抽氣管抽出抽氣腔內(nèi)氣體，使抽氣腔內(nèi)壓力低于大氣及調(diào)壓腔內(nèi)壓力，大氣經(jīng)第二光孔進(jìn)入抽氣腔，調(diào)壓腔內(nèi)氣體經(jīng)第三光孔進(jìn)入抽氣腔，在抽氣腔內(nèi)產(chǎn)生兩股相向的高速氣流，同時(shí)保證調(diào)壓腔和周圍大氣維持不同的壓力。抽氣腔內(nèi)還裝有擋板(14)，擋板上有開(kāi)孔使激光束順利通過(guò)，擋板兩邊空間的氣體由抽氣管抽出。調(diào)壓腔腔壁上開(kāi)有兩個(gè)小孔，可將調(diào)壓腔外氣體引入調(diào)壓腔，引入氣體量的大小可通過(guò)小孔外的調(diào)壓閥(15)和壓力微調(diào)閥(16)調(diào)節(jié)。外界空氣經(jīng)調(diào)壓閥由調(diào)壓腔腔壁上的小孔進(jìn)入調(diào)壓腔，通過(guò)分流圈(17)、分流板(18)均勻流向第三光孔，進(jìn)入抽氣腔。經(jīng)壓力微調(diào)閥進(jìn)入調(diào)壓腔的氣體量較小，這部分氣體可減弱經(jīng)調(diào)壓閥進(jìn)入調(diào)壓腔內(nèi)的氣體對(duì)第一光孔處的擾動(dòng)。由于壓力微調(diào)閥引入的氣體產(chǎn)生的擾動(dòng)小，所以第一光孔處調(diào)壓腔內(nèi)的氣壓基本穩(wěn)定，當(dāng)調(diào)節(jié)調(diào)壓腔內(nèi)壓力與激光腔Ⅰ壓力相等時(shí)，第一光孔處無(wú)宏觀的氣體流動(dòng)。但當(dāng)調(diào)壓腔內(nèi)氣體成份與激光工作氣體成份不同時(shí)，不同的氣體通過(guò)第一光孔產(chǎn)生互擴(kuò)散，使調(diào)壓腔與激光腔內(nèi)氣體產(chǎn)生少量的交換。為防止空氣中對(duì)激光器有害的氣體如O2、H2O等成份進(jìn)入激光腔Ⅰ，可從壓力微調(diào)閥輸入不含對(duì)激光器有害成份的氣體。如對(duì)于以He、N2、CO2混合氣體為工作氣體的激光器，可從壓力微調(diào)閥輸入價(jià)格便宜的N2，這樣，在調(diào)壓腔內(nèi)靠近第一光孔一側(cè)全部被N2充滿，防止了空氣中有害氣體成份因擴(kuò)散而進(jìn)入激光腔Ⅰ內(nèi)。為保證激光腔內(nèi)工作氣體成份不因外界氣體進(jìn)入而產(chǎn)生變化，也可將調(diào)壓腔內(nèi)壓力調(diào)節(jié)至略低于激光腔內(nèi)壓力，運(yùn)行時(shí)補(bǔ)充少量激光工作氣體，使一部分工作氣體通過(guò)第一光孔從激光腔Ⅰ流入調(diào)壓腔，防止其它氣體因擴(kuò)散而進(jìn)入激光腔內(nèi)。
圖2為光孔的冷卻結(jié)構(gòu)圖。
圖中(19)、(20)、(21)為第一、二、三光孔(8)、(9)、(10)的環(huán)形冷卻槽，(22)、(23)、(24)為冷卻液進(jìn)口管道，(25)、(26)、(27)為冷卻液出口管道。
圖3為大功率氣體激光器氣動(dòng)窗口工作光路示意圖。
非穩(wěn)腔由凹鏡(28)和凸鏡(29)組成，激光束經(jīng)反射鏡(30)折出非穩(wěn)腔外，由聚焦鏡(31)聚焦后通過(guò)氣動(dòng)窗口輸出激光腔外。
圖4為氣動(dòng)窗口的另一種工作形式圖。
非穩(wěn)腔由凹鏡(32)和凸鏡(33)組成，激光束由聚焦鏡(34)聚焦后經(jīng)氣動(dòng)窗口輸出激光腔外。
權(quán)利要求
1.一種用于氣體激光系統(tǒng)的氣動(dòng)窗口，由封閉腔體和抽氣管(7)組成，在封閉腔體與激光腔I相連端有第一個(gè)光孔(8)，在封閉腔體另一端有第二個(gè)光孔(9)，其特征在于a、該封閉腔體內(nèi)有一個(gè)中間板(4)，將封閉腔體分隔為抽氣腔(5)和調(diào)壓腔(6)，抽氣腔(5)內(nèi)有至少一個(gè)帶孔擋板(14)，擋板(14)兩邊的空間均與抽氣管(7)相通，調(diào)壓腔(6)內(nèi)裝有至少一個(gè)帶孔分流板(18)和多孔分流圈(17)；b、上述中間板(4)上有一個(gè)與第一個(gè)光孔(8)和第二個(gè)光孔(9)成一光學(xué)直線的第三個(gè)光孔(10)，使抽氣腔(5)與調(diào)壓腔(6)相通，激光腔I內(nèi)的激光束經(jīng)聚焦后，通過(guò)第一、二、三光孔(8)、(9)、(10)輸出到激光腔外；c、抽氣腔(5)通過(guò)至少一個(gè)抽氣管(7)與抽氣裝置相連；d、在調(diào)壓腔(6)腔壁上開(kāi)有至少一個(gè)孔，將調(diào)壓腔外氣體引入調(diào)壓腔。
2.如權(quán)利要求
1所述的氣動(dòng)窗口，其特征在于所說(shuō)的抽氣腔(5)內(nèi)的壓力應(yīng)低于調(diào)壓腔(6)內(nèi)的壓力和大氣壓力。
3.如權(quán)利要求
1，2所述的氣動(dòng)窗口，其特征在于通過(guò)調(diào)壓腔(6)腔壁上開(kāi)孔引入調(diào)壓腔(6)內(nèi)的氣體采用調(diào)壓閥(15)和壓力微調(diào)閥(16)調(diào)節(jié)，調(diào)壓腔(6)內(nèi)第一個(gè)光孔(8)處的氣壓應(yīng)等于或略小于激光腔Ⅰ內(nèi)的氣壓。
4.如權(quán)利要求
1所述的氣動(dòng)窗口，其特征在于在第一、二、三光孔(8)、(9)、(10)周圍有環(huán)形冷卻槽(19)、(20)、(21)，該環(huán)形冷卻槽(19)、(20)、(21)分別與冷卻液進(jìn)口管道(22)、(23)、(24)和出口管道(25)、(26)、(27)相通。
5.如權(quán)利要求
3所述的氣動(dòng)窗口，其特征在于所說(shuō)的擋板(14)上的孔中心與第一、二、三光孔(8)、(9)、(10)的中心在同一光學(xué)直線上，該孔孔徑應(yīng)能保證通過(guò)由第一、二、三光孔(8)、(9)、(10)輸出的全部激光束。
6.如權(quán)利要求
1，5所述的氣動(dòng)窗口，其特征在于所說(shuō)的分流板(18)上的孔具有向第三個(gè)光孔(10)方向突出的喇叭狀外形，該孔中心與第一、二、三光孔(8)、(9)、(10)的中心在同一光學(xué)直線上，該孔孔徑應(yīng)能保證通過(guò)由第一、二、三光孔(8)、(9)、(10)輸出的全部激光束。
7.如權(quán)利要求
1所述的氣動(dòng)窗口，其特征在于第一、二、三光孔(8)、(9)、(10)孔徑應(yīng)稍大于通過(guò)光孔的聚焦激光束的直徑。
8.如權(quán)利要求
1所述的氣動(dòng)窗口，其特征在于所說(shuō)的封閉腔體由圓柱形筒體(1)、前法蘭盤(pán)(2)和后法蘭盤(pán)(3)組成。
專利摘要
一種用于大功率氣體激光器的氣動(dòng)窗口，該裝置采用了有抽氣腔和調(diào)壓腔的雙腔式結(jié)構(gòu)，外界氣體可經(jīng)調(diào)壓腔腔壁上的小孔進(jìn)入腔內(nèi)，從而減少了激光工作氣體的消耗，保證了運(yùn)行時(shí)激光腔內(nèi)工作氣體不受封閉窗口氣流的擾動(dòng)影響?？蛇m用于工作氣壓低于大氣壓力的任何大功率氣體激光器。
文檔編號(hào)H01S3/034GK85100826SQ85100826
公開(kāi)日1986年3月10日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者岳超瑜, 程祖海, 李再光 申請(qǐng)人:華中工學(xué)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan