[實(shí)用新型]一種能夠承受高功率的快速響應(yīng)激光器光閘

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200920105132.5
• 申請(qǐng)日: 2009-01-16
• 公開（公告）號(hào): CN201348677Y
• 公開（公告）日: 2009-11-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李強(qiáng);惠勇凌;姜夢(mèng)華;雷訇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B26/08
• 分類號(hào): G02B26/08;H01S3/00
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 張 慧

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型是一種能夠承受高功率的快速響應(yīng)激光器光閘，屬于大功率固體激光器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

固體激光器由于具有高能量存儲(chǔ)，波長(zhǎng)短、金屬吸收率高、易于光纖傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)在工業(yè)材料加工、表面處理及軍事等領(lǐng)域獲得越來越廣泛的應(yīng)用。

光閘是對(duì)從激光諧振腔出射的激光進(jìn)行關(guān)閉和開放控制的一種裝置，是激光器的重要部件。光閘的性能主要有運(yùn)動(dòng)元件的時(shí)間響應(yīng)性，動(dòng)作靈敏性和啟停時(shí)剛性沖擊力的大小，以及光吸收體對(duì)高功率激光的吸收能力。這些性能直接影響加工性能，如：在激光熔覆和激光快速成型中，開光總是比送粉滯后一段時(shí)間，這就大大影響了加工質(zhì)量。所以，為了提高大功率固體激光器在工業(yè)應(yīng)用中的穩(wěn)定性、安全性和可靠性以及工件的加工質(zhì)量，對(duì)光閘進(jìn)行了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

目前，常用的光閘結(jié)構(gòu)有氣缸帶動(dòng)吸收體前后運(yùn)動(dòng)，如圖1所示；吸收體不動(dòng)，由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)齒輪齒條使激光全反鏡移動(dòng)(平動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng))，圖2為和水平方向成45°角的激光全反鏡平動(dòng)的結(jié)構(gòu)。圖1結(jié)構(gòu)，氣缸直接帶動(dòng)吸收體運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，但是吸收體的質(zhì)量較大，加之氣缸自身的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性影響，在應(yīng)用過程中往往會(huì)出現(xiàn)吸收體動(dòng)作不靈敏，響應(yīng)慢，剛性沖擊大，難以保證加工質(zhì)量。圖2結(jié)構(gòu)，是由伺服電機(jī)帶動(dòng)齒輪齒條機(jī)構(gòu)再使激光全反射鏡移動(dòng)，全反鏡的質(zhì)量遠(yuǎn)小于吸收體的質(zhì)量，而且伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)性能優(yōu)于氣缸，齒輪齒條運(yùn)動(dòng)也很平穩(wěn)，此結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性好，剛性沖擊小，反應(yīng)靈敏，開關(guān)光時(shí)間短，但是這種結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所需器件多，往往體積較大，對(duì)于在空間尺寸上有要求的情況下，使用有限制，同時(shí)這種結(jié)構(gòu)成本較高。

實(shí)用新型內(nèi)容

為了提高大功率固體激光器在工業(yè)應(yīng)用中的穩(wěn)定性、安全性和可靠性以及工件的加工質(zhì)量，設(shè)計(jì)了一種新的光閘結(jié)構(gòu)。本光閘結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈敏，時(shí)間響應(yīng)性好，開關(guān)光迅速，剛性沖擊小，吸收體的吸收能力強(qiáng)，成本低，性價(jià)比高。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取了如下技術(shù)方案，包括吸收體、激光全反鏡和氣缸，從激光器發(fā)出的光，經(jīng)激光全反鏡反射到吸收體內(nèi)。吸收體包括殼體、內(nèi)芯、尾端反射體和后端蓋。其中：內(nèi)芯的兩端與殼體固連，內(nèi)芯的外徑與殼體的內(nèi)徑間隙配合，在內(nèi)芯的外表面設(shè)置有雙螺旋線，雙螺旋線在一個(gè)端部連通，雙螺旋線的另一端與冷卻水出入口相連；尾端反射體設(shè)置在內(nèi)芯的端部，并通過后端蓋與殼體固定。氣缸與激光全反鏡相連，能夠帶動(dòng)與水平方向成45°角的激光全反鏡沿豎直方向運(yùn)動(dòng)。

所述內(nèi)芯的內(nèi)表面設(shè)置有肋壁，肋壁為圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，并與內(nèi)芯的內(nèi)表面連為一體，肋壁沿內(nèi)芯的軸線方向均勻分布。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)：首先，采用氣缸帶動(dòng)與水平方向成45°角的激光全反鏡沿豎直方向運(yùn)動(dòng)，氣缸帶動(dòng)質(zhì)量輕的全反鏡運(yùn)動(dòng)，很好的改善了運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，減小了剛性沖擊。全反鏡沿豎直方向運(yùn)動(dòng)比沿與水平方向成45°角方向運(yùn)動(dòng)，縮短了運(yùn)動(dòng)行程，從而在相同條件下縮短了運(yùn)動(dòng)時(shí)間，也就意味著縮短了開關(guān)光的時(shí)間。其次，對(duì)吸收體的設(shè)計(jì)，采用雙螺旋結(jié)構(gòu)做為循環(huán)冷卻水的水流通道，增加了水流動(dòng)的距離，增加了水在吸收體內(nèi)部循環(huán)的時(shí)間，使得吸收體冷卻更加充分，受熱更加均勻，從而也增強(qiáng)了吸收體對(duì)高功率激光的吸收能力，同時(shí)內(nèi)芯的內(nèi)表面采用表面肋化的方法，擴(kuò)大其傳熱面積，增強(qiáng)熱傳遞，這種結(jié)構(gòu)還具有阻礙進(jìn)入吸收體內(nèi)的激光逸出的作用。再次，這種光閘的整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。

附圖說明

圖1氣缸帶動(dòng)吸收體運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；

圖2機(jī)械驅(qū)動(dòng)反射鏡運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；

圖3本實(shí)用新型機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖；

圖4吸收體殼體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5吸收體內(nèi)芯結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6內(nèi)芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7殼體、內(nèi)芯組合示意圖；

圖8后端蓋結(jié)構(gòu)示意圖；a、后端蓋整體示意圖，b、后端蓋剖切圖

圖9尾端反射體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10后端蓋與尾端反射體組合示意圖；

圖中：1、激光器，2、吸收體，3、外部熱交換器，4，激光全反鏡，5、氣缸，6、齒輪，7、齒條，8步進(jìn)電機(jī)，9、進(jìn)水口，10、出水口，11，螺紋連接孔，12、吸收體外殼內(nèi)孔，13、雙螺旋水流通道，14、吸收體內(nèi)芯內(nèi)孔，15、肋壁，16、沉頭孔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖3～圖10對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明：