[实用新型]一种多管串并联和光腔串联的封离型二氧化碳激光器

说明书

技术领域

本实用新型属于激光领域，主要用于改善封离型二氧化碳激光器的性能。 

背景技术

封离型二氧化碳激光器是指一种玻璃管激光器（以下简称为激光管）。主要特征是一次性将激光混合的工作气体充入激光管内，然后封闭起来，不再打开，工作气体在气体放电过程中被激发而产生激光，只要放电就能使激光出光工作，直至激光管工作到报废。这种激光管的功率水平一般是中小功率（指500W以下），寿命为1000-5000小时。由于这种激光管价格便宜（例如一个60W的激光管售价在1000元人民币左右），目前激光管市场需求大，激光管在中国的年需求量就超过了100000个，在全世界就超过了200000个。目前国际上的功率水平是50-60W/M，就是说一个1米长的激光管的功率是50-60W。如果要做一个500W的激光管，就要将激光管做到10M长。显然这么长的激光管在应用中非常不方便，极大地限制了激光管的应用。因此，人们就用双管或多管（指3根管及3根管以上）并联和激光谐振腔（以下简称光腔）串联的办法制造激光管，以此获得功率高一些长度短一些的激光管。例如，用4根2.5M的激光管并联和光腔串联的办法可以获得500W功率的激光管，激光管整体就只有2.5M长而不是10M长。严格地说，这时的激光管是由若干个放电管并联然后加上光腔而构成的；而其中的这些放电管在单独与镜片组合时是激光管；为了叙述方便，本说明书将激光管与其中的放电管单元不加区别，统统称为激光管或放电管。然而，这种办法最明显的问题是激光管工作不稳定。如果一个120W的单根激光管能工作2000小时的话，用4根激光管并联和光腔串联获得的500W激光管的稳定工作时间甚至不能超过100小时。工作寿命短的问题如此突出的主要原因是：普通激光管的光腔是用胶粘在玻璃放电管上的，玻璃放电管既有放电使气体激发的功能又有支撑光腔的功能，激光管工作时发热和其它原因产生变形导致光腔失调。一个不用并联的单根激光管只有一个输出耦合镜和一个全反射镜，它们直接固定（粘接或硬封）在玻璃管的两端，如果玻璃管在工作中不发生变形则激光就可以长期稳定输出，如果发生变形就影响激光输出，变形严重就没有激光输出。而并联的玻璃管将增加全反射镜的数量，每多并联1根玻璃管就要将光路折返180度而增加2个全反射镜，光腔长度也随之增加了1根管的长度。例如用4根长度为2.5M的激光管并联和光腔串联获得的500W激光管的光腔长度是10M，全反射镜的数量有7个。这样长的光腔和这样多的镜片，如果按照上述直接固定在玻璃管两端的办法所获得的激光管的实际效果是玻璃管在工作中由于气体放电发热或其它原因而产生变形，这么多的镜片中有一个的位置变形严重或多个轻微变形的积累就会导致激光管不能工作。一般而言，激光管的镜片的法线与光轴在理想状态下是重合的，具体激光管镜片的法线与光轴总有一定的夹角偏离。一个长度为1M的激光管的夹角偏离不允许超过3秒，再大就不能工作。一个10M的激光管的这种夹角偏离要求更苛刻，不允许偏离1秒，这意味着玻璃管的弯曲变形和镜片的偏转变形都必须控制在几微米以内。实际双管或多管并联的玻璃管放电中会发生立体空间的变形，满足这种变形量在微米数量级的苛刻要求是不可能的。因此，200W以上的激光管在实际应用中很少，远远不能满足实际生产的需要。此外，这种激光管的电路上的问题是高压绝缘很难实施，因为并联的管与管内部气体是连通的、而气体是导电的（可以认为电路上也是并联的），容易形成多管之间的高压打火、相互干扰、放电不稳定从而导致激光输出功率的不稳定，这种不稳定也是这类激光管难以稳定工作的重要原因之一。 

实用新型内容

针对双管或多管并联和光腔串联激光管寿命比较短、工作不稳定的缺点，本实用新型的目的是提供一种寿命比较长、工作稳定的多管串并联和光腔串联激光管。这样的多管串并联和光腔串联激光管可以长期稳定工作。