宽条阳极的管板式放电电极 【技术领域】
本发明与横流放电型气体激光器有关，特别是一种适用于切割、焊接用的横流CO2激光器的宽条阳极的管板式放电电极。
背景技术横流气体CO2激光器中直流气体放电电极结构，一般采用针板电极结构和管板电极结构，比较简单、实用。目前的管板电极结构，见附图1所述，阴极管2置于阳极块1的上方，气流的上游位置，在阴极管2的底部上游排列一排放电针3，每根针对应一块阳极块，阳极块沿气流方向为长条平板金属块，阳极块1沿阴极2方向列阵排列组成阳极，阳极块1之间间距为d。这种管板式电极结构存在以下缺点：
1、在有限的腔长内，由于阳极块1间距d与阳极块宽度之比占的比例较大，实际有效放电长度利用率较低，限制了激光功率的输出。
2、板电极放电均匀性取决于预电离分布，由于是单针尖端预放电，加上阳极块间隔，在阳极表面沿阴极方向上放电电流密度分布不均匀度是很大的。
3、于电流密度分布不均，随着注入电功率增加，放电很容易过渡到弧光，限制了工作气压和体电功率密度的增加。
4、于阳极块沿气流方向是长条的，造成沿气流方向放电截面较大，这对于选模激光器来说模体积利用率太低。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种宽条阳极的管板式放电电极，以适用于我国生产的横流CO2激光器，提高腔内有效放电长度和单位体积地注入电功率，提高腔内介质增益，改善放电均匀性和稳定性。
本发明的技术解决方案如下：
一种宽条阳极的管板式放电电极，由阳极、水冷阴极管和预放电针组所组成，所述的阳极是由若干块金属的阳极块沿阴极管方向排列而成，且平行于阴极管，阳极块之间的间隔为d，在阴极管的上游，排列有对应于阳极块的预放电针组，其特征在于所述阳极块的长边平行于阴极管，而短边沿气流方向，阳极块通过水冷管间接冷却。
所述的预放电针组的金属针位于气流上游方向、顺阳极块长度方向、等间隔排列在阴极管的底部，金属针的间距为2～5mm。
本发明宽条阳极的管板式放电电极，经试用证明：特别适用于切割焊接用横流CO2激光器，可充分利用模体积与放电区匹配，可提高电光转换效率。
附图说明：
图1是已有技术的管板式放电电极结构示意图。
图2是本发明的宽条阳极的管板式放电电极结构示意图。
图3是本发明的宽条阳极的管板式放电电极的电路示意图。
【具体实施方式】
先请参阅图2和图3，本发明的宽条阳极的管板式放电电极是宽条阳极块列阵1、水冷阴极管2和一排预放电针组3所组成。
所述的阳极是由若干块宽条阳极块沿阴极方向排列组成，阳极块间距为d。每个阳极块11是一长条平面金属块，其长边平行于阴极管2，短边与气流方向一致，在阳极块11背面由水冷管4间接冷却。
所述的阳极块长边的长度原则上可很长。但是由于气体负阻特性，阳极块的稳定辉光放电需要串入一限流电阻，限流电阻功率为
P＝(σa×l×ω)2R
式中σa为阳极块辉光放电最大电流密度(A/cm2)，l和ω分别为阳极块的长度和宽度，R为限流电阻阻值(Ω)。因此阳极块长度需要适当选择。
所述的阴极管2是一根通水冷却的金属管，其位于阳极的上方，气流的上游位置且平行于阳极。
所述的预放电针组3是由一排金属针沿阴极管排列而成，其位置在阴极管的上游与阴极管底部相切，针尖离阴极管距离为dp。预放电针对应阳极块均布，针密有利于放电均匀性和稳定性，其间隔一般取8～10mm为好。
本发明与已有技术的管板电极结构比较有下列优点：
1、在相同的电极长度内，本发明的有效放电长度(增益长度)——粗指在阴极方向上阳极块表面的长度，获得较大提高，增加倍数为
n＝(l1+d)l/(l+d)l1
这里l是本发明阳极块长度，l1为原电极结构阳极块沿阴极方向长度，d为阳极块间隔。
2、由于多针强预电离，在阳极板上的放电均匀性获得提高，随着放电电流增大，放电可充满整个阳极表面，而且稳定辉光放电下的输入电功率密度也成倍提高。
3、阳极宽度可根据激光需要确定，作为基模振荡或低阶模振荡，阳极宽度稍大于光斑尺寸，这样放电区与模体积很好匹配，提高光电转换效率。
本发明在HJ横流CO2激光器上进行了试验，具体参数如下：
黄铜阳极块尺寸为40×20mm，间距为4mm，共计25块，阴极管直径为φ8mm水冷铜管，阴极底部到阳极高度为20mm，每块阳极块对应预放电针4根，针与针间距10mm。在激光器内充入80×133.3Pa的CO2+N2+He混合气体，气体比例为CO2∶N2∶He＝1∶8∶11，流过放电区的气体流速为30～50M/S可调。流过每块阳极块的电流平均为300mA，最大放电电流密度可达38mA/cm2，是原管板电极的2倍。我们并进行了激光试验，效果很好。