一種兩鏡腔高功率陣列氣體激光器的構(gòu)建方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)工程和激光應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種兩鏡腔高功率陣列氣體激光 器，主要是利用直流電源放電激勵(lì)二維或三維陣列放電管并在兩鏡腔作用下獲得高功率陣 列二氧化碳激光束或一氧化碳激光束的裝置及構(gòu)建方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 二氧化碳激光器是世界上最早的分子激光器，放電采用直流放電，放電管需要采 取冷卻措施，I. 2m長(zhǎng)放電管輸出功率約為50瓦；一氧化碳激光器是又一重要的分子激光 器，其量子轉(zhuǎn)換效率是二氧化碳激光器的量子轉(zhuǎn)換效率的兩倍多，是研究激光化學(xué)和分子 光譜最有價(jià)值的紅外激光器之一。近十年來，國(guó)際上激光加工系統(tǒng)主要采用二氧化碳激光 器和Nd: YAG激光器，其產(chǎn)值已達(dá)到50億美元，其中二氧化碳激光器系統(tǒng)產(chǎn)值超過30億美 元。波導(dǎo)型、橫流型、軸快流型二氧化碳激光器是激光加工系統(tǒng)中最主要的激光器，波導(dǎo)型 二氧化碳激光器由于重量輕、體積小而直接被架于機(jī)床加工，橫流型二氧化碳激光器增益 體積大，可輸出上萬瓦的激光，但激光模式相對(duì)較差，因此，主要用于金屬材料的焊接、熱處 理和表面處理，軸快流型二氧化碳激光器是利用氣體對(duì)流方式來排出工作氣體的廢熱，從 而提高電光轉(zhuǎn)換效率和輸出功率，輸出的激光束通常為基模高斯光束，主要用于金屬、非金 屬材料的焊接、打孔、切割等。以上激光器雖然具有各自的優(yōu)點(diǎn)，但也存在不足之處，流動(dòng)型 二氧化碳激光器雖然輸出功率高，但激光器的體積龐大，因此加工機(jī)機(jī)頭和激光器只能是 分離的，因此激光的直線傳輸和光路控制都是依靠光學(xué)元件和相應(yīng)的控制措施來實(shí)現(xiàn)；相 比之下，平板波導(dǎo)型二氧化碳激光器體積小可直接架于加工機(jī)機(jī)床，但該激光器的輸出功 率由于結(jié)構(gòu)限制，從而難以提高。在已有的專利中，雖然已提出了高功率二氧化碳激光器裝 置（發(fā)明專利名稱：大功率氣體激光器的構(gòu)建方法及裝置，【申請(qǐng)?zhí)枴緾N200310104017 ;發(fā)明 專利名稱：相位鎖定軸對(duì)稱折迭組合二氧化碳激光器，【申請(qǐng)?zhí)枴緾N200810044294 ;發(fā)明專利 名稱：一種行波腔高功率二氧化碳激光器的構(gòu)建方法及裝置，【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410470437)， 上述三類發(fā)明的各個(gè)放電管相交于輸出鏡鏡面中心，即來自各個(gè)諧振腔的振蕩光束具有公 共輸出點(diǎn)。對(duì)于放電管較多的高功率激光器，對(duì)稱的陣列激光束相交于輸出鏡鏡面上一點(diǎn)， 必然導(dǎo)致輸出鏡局部功率密度過大，從而引起非線性效應(yīng)，導(dǎo)致輸出鏡溫度過高，從而引起 熱透鏡效應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致輸出光束質(zhì)量變差，影響激光加工效果。
[0003] 本發(fā)明就是為了克服此類問題提出來的，所述的兩鏡腔高功率陣列氣體激光器， 各個(gè)振蕩光束相交于諧振腔內(nèi)一點(diǎn)，因此，在輸出鏡鏡面上，陣列光束呈對(duì)稱分布，有效地 減小了輸出鏡局部承受的功率密度和降低了輸出鏡溫度，提高了激光光束質(zhì)量和激光加工 效率，因此，現(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，需要改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種兩鏡腔高 功率陣列氣體激光器。本發(fā)明的技術(shù)方案如下： 一種二維兩鏡腔高功率陣列氣體激光器的裝置包括石英放電管或玻璃放電管（I)、 (2) 、（3)、（4)、（5)、（6)、（7)、放電陽極（8)、（9)、（10)、（11)、（12)、（13)、（14)、凹面全反射 鏡（15)、（16)、（17)、（18)、（19)、（20)、（21)、組合鏡（22)、放電管第一支架（23)、放電管 第二支架（24)、輸出鏡（25)、第一會(huì)聚鏡（26)、第二會(huì)聚鏡（27)、放電總陰極（28)、儲(chǔ)氣室 (29)、公共交點(diǎn)（30)，其技術(shù)方案為： 1)、凹面全反射鏡（15)、（16)、（17)、（18)、（19)、（20)、（21)的中心位于同一球面上， 構(gòu)成組合鏡（22)，各個(gè)凹面全反射鏡分別與放電管（1)、（2)、（3)、（4)、（5)、（6)、（7)左端 面的距離均為5cm，凹面全反射鏡的橫向尺寸均為20mm，曲率半徑均為2m。
[0005]2)、放電管（1)、（2)、（3)、（4)、（5)、（6)、（7)長(zhǎng) I. 2m，直徑 12mm，被放電管第一支 架（23)和放電管第二支架（24)固定在系統(tǒng)對(duì)稱軸上，各個(gè)放電管左端密封，右端與放電管 第二支架（24)密封連接。
[0006] 3)、放電陽極（8)、（9)、（10)、（11)、（12)、（13)、（14)分別固定在放電管（1)、（2)、 (3) 、（4)、（5)、（6)、（7)上，且到放電管左端距離均為5cm。
[0007]4)、輸出鏡（25)的第一反射面為球面，其曲率中心與放電管（1)、（2)、（3)、（4)、 (5)、（6)、（7)的軸線的交點(diǎn)或凹面全反射鏡（15)、（16)、（17)、（18)、（19)、（20)、（21)的 軸線的交點(diǎn)重合，即為公共交點(diǎn)（30)，公共交點(diǎn)（30)到放電管第二支架（24)的水平距離為 40cm，輸出鏡（25)的第一反射面的曲率半徑為0.6m。
[0008] 5)、儲(chǔ)氣室（29)將放電管第二支架（24)與輸出鏡（25)密封連接，放電總陰極 (28)密封連接在儲(chǔ)氣室（29)上。
[0009] 6)、第一會(huì)聚鏡（26)位于系統(tǒng)對(duì)稱軸上，到輸出鏡的距離為80cm、所述的第二會(huì) 聚鏡（27)位于系統(tǒng)對(duì)稱軸上，到輸出鏡的距離為140cm。
[0010]7)、所述的二維兩鏡腔高功率陣列氣體激光器，其特征在于凹面全反射鏡（15)、 (16)、（17)、（18)、（19)、（20)、（21)與輸出鏡（25)分別構(gòu)成第一兩鏡腔、第二兩鏡腔、第 三兩鏡腔、第四兩鏡腔、第五兩鏡腔、第六兩鏡腔、第七兩鏡腔，放電管（1)、（2)、（3)、（4)、 (5)、（6)、（7)的軸線分別與上述七個(gè)兩鏡腔的軸線重合；利用電源激勵(lì)放電管內(nèi)由二氧化 碳、氮?dú)狻⒑饨M成的混合氣體，或放電管內(nèi)由一氧化碳、氮?dú)?、氦氣組成的混合氣體，則從 輸出鏡輸出二氧化碳激光或一氧化碳激光；其特征在于從各個(gè)諧振腔輸出的激光束相交于 公共交點(diǎn)（30)，在輸出鏡面上對(duì)稱地分布在同一直線上，有效地減小了輸出鏡鏡面上局部 功率密度過大引起的非線性效應(yīng)和溫度過高引起的熱透鏡效應(yīng)；從輸出鏡（25)輸出的陣 列激光束經(jīng)第一會(huì)聚鏡（26)后變成平行陣列激光束，再經(jīng)第二會(huì)聚鏡（27)后變成會(huì)聚的 陣列激光束。
[0011] -種三維兩鏡腔高功率陣列氣體激光器的裝置包括石英放電管或玻璃放電管 (1)、（2)、（3)、（4)、（5)、（6)、（7)、（8)、放電陽極（9)、（10)、（11)、（12)、（13)、（14)、（15)、 (16)、凹面全反射鏡（17)、（18)、（19)、（20)、（21)、（22)、（23)、（24)、組合鏡（25)、放電管 第一支架（26)、放電管第二支架（27)、放電總陰極（28)、儲(chǔ)氣室（29)、輸出鏡（30)、會(huì)聚鏡 (31)、激光器第一支架（32)、激光器第二支架（33)、激光器第三支架（34)、激光器第四支架 (35)、激光器第五支架（36)、激光器第六支架（37)。
[0012] 1)、凹面全反射鏡（17)、（18)、（19)、（20)、（21)、（22)、（23)、（24)的中心位于同 一球面上，構(gòu)成組合鏡（25)，各個(gè)凹面全反射鏡分別與放電管（1)、（2)、（3)、（4)、（5)、（6)、 (7)、（8)左端面的距離均為5cm，凹面全反射鏡的橫向尺寸均為20mm，曲率半徑均為2m。
[0013]2)、放電管（1)、（2)、（3)、（4)、（5)、（6)、（7)、⑶長(zhǎng) I. 2m，直徑 12mm，被放電管第 一支架（26)和放電管第二支架（27)固定在系統(tǒng)對(duì)稱軸上，各個(gè)放電管左端密封，右端與放 電管第二支架（27)密封連接。
[0014] 3)、放電陽極（9)、（1