CO2放电激光器物理

对影响CO2放电激光器性能的主要因素作了详细的分折和实验研究。根据分析确定的电子能量分布(在CO2激光器放电时是非麦克斯韦分布）,计算了主要激光能级的电子激发速率。把这些资料与分子运动过程的模型结合起来,就可以定量地计算重要的激光器性质,例如增益与饱和强度同各种放电参量的函数关系。而且,对放电等电子体性质进行分析就有可能把计箅结果同实验数据作比较,这既给出定性符合,又给出定量符合。这些结果显示出激光器性质对放电特征的依赖关系,因此说明了CO2激光器运转的主要特点。     

高功率CO2激光器的评述

1961年波拉尼（J. C. Polanyi)提出利用分子振动产生红外波段激射的可能性;1963年马赛厄斯和帕克(L. E. S. Mathias & J. T. Parker)报道首次发现气体分子的脉冲激射。1964年佩特耳(C. Κ. N. Patel)第一次宣布CO2的10.6微米连续激射,但在1962年维克里(R. C. Vickery)等人就在一项专利中提出CO2激光器,因而获得了发明权。佩特耳给出了CO2激光跃迁的详尽描述,不久又宣布加入N2后获得了高功率输出和高效率。莫勒和里格登(G. Mueller & J. D. Rigden)报道,加入He后获得进一步改进。在大量的CO2激光器资料中,提出许多用附加添加剂来增强激光的某些特性的建议,但目前普遍使用的却是CO2-N2-He混合气体。     

连续高功率CO2激光器评述

各种形式的CO2激光器获得的连续功率达60干瓦范围,运转效率接近30%,脉冲能量大约2000焦耳,脉冲宽度小于1亳徵秒,峰值脉冲功率超辻10⁹瓦,频率稳定度10¹²分之几,密封管寿命好几干小对。此外,激光器可以容易地用Q开关(Q-switched)它可以用增益开关（gain-switched),并曾用电、光、气动和化学等方法进行泵浦。在全部这些特性之外,CO2激光器的输出波长落在一个最好的大气窗口之内。因此,不应该感到奇怪,在过去八年当中,CO2激光器已牢固地确立了自己的候选者身份,可能被公认为目前已知的许多激光器中的最重要者。基于气体压力、气流速率、泵浦机构、气体混合物等参量的变更,CO2激光器能显示出宽范围的噪声、带宽、增益和功率饱和特性。这种机动性使设计者能把CO2激光器稳频主振荡器、功率振荡器、低噪声高增益前置放大器、中等功率或高功率放大器等的性能达到最佳化。因此,设计CO2激光振荡器——放大器系统的方式可以仿照在电磁谱的射频与微波波段设计发射机时所沿用的方式。     

快轴流CO2激光器评述

快轴流CO₂激光器是最重要的工业激光器之一.作者对它的发展状况及关键技术,如气流方式、放电结构和谐振腔稳定性等进行了评述,希望能对国内快轴流CO₂激光器的发展提供帮助.     

放电CO2混合激光器的分析

本文提出了放电CO2混合激光器的一维模型,该模型考虑了化学的、振动的和热的非平衡效应。各种组分的守恒方程,从辉光放电管的入口开始,通过辉光放电和混合区域积分。详细地讨论了压力、各种组分的质量流速和电流密度的效应。证明了对于给定的入口压力和温度,紧接喷射区域下游的增益系数随CO2流速的增加和He流速的减小而增大。同时具有一个使增益系数为最佳的电流密度和N2流速。     

CO2激光器

1964年Patel制成了CO2激光器,因为这种激光器比较简单,发射10.6微米或9.6微米的红外线,而且其输出大,故在以红外光谱为中心的物性研究和通讯等方面应用很广,很有发展前途。迄今已进行了许多基础研究,本文选取了其中特别引人注目的若干报告进行介绍,可能的话,对今后研究的可能性也试图作一探讨。     

CO2激光器

自第一台CO2激光器成功到今天,虽然只有两年的时间,但其发展速度是十分迅速的。就输出能量而言,佩特耳(C. K. N.Patd)发表的第一台CO2激光器的输出仅1毫瓦（放电管长5米）。而现在,商品CO2激光器的连续输出已有700瓦,实验室已达1,000瓦以上(后两种都与混合）。一般,1.5米长的CO2激光器的连续输出在几十瓦以上,这是目前输出功率最强的气体激光器。人们对它如此感兴趣,以至发展这么迅速,是因为CO2激光器有许多优点。首先是因为它的输出波长中心在10.4微米处,正好落在大气窗口,这对于远距离传输有其先天的优越性。其次,它要求的工作条件简单,容易实现,而且经济。例如对工作物质的纯度要求不高,一般商品纯的CO2便能用。因此,对真空系统设备的要求也较简单,甚至连扩散泵也可以不用。激励电源要求也简单,供商店招牌、广告用的霓虹灯变压器已敷用。再次是它的转换效率很高,现在已达15%,为现有气体激光器之冠。估计它的效率最高可达30%~40%。因此,制成小型轻便、输出强度高,而又能连续工作的激光器件,并不困难。     

高功率CO2激光器

CO2激光器在输出功率和效率二个方面均具有优异的特性,考虑用作热能源是一个有力的应用领域。一般提高CO2激光器的输入能量会出现因种种原因而导致的输出猝灭现象以及会发现增益和管径成反比的所谓1/d效应,所以通常是增大激光媒质长度以期增大输出。CO2激光器在1967年已能用这种方法得到千瓦级的连续输出。但是这种激光器的共振腔全长达几十米,所以可提供实用的例子不太多。     

单频CO2激光器

在很多公司都想从CO2激光器获得更高输出功率的时候,美帝休斯飞机公司却制出一台具有连续波的CO2激光器,其输出功率只但却以单频和单波长运转。这种装置对通讯和雷达应用是重要的。     

CO2气动激光器

1964年首次报告CO2激光振荡以来， 在十余年间CO2激光研究迅速发展。特别是Kuhen等第一个报告了CO2气动激光器的振荡，而Hurle和Basov等已在几年前先于Kuhen等指出了这种可能性。尤其是Basov等对超声速喷嘴流中实现CO2分子的振动模v1-v2间的粒子数反转分布的可能性进行了详细计算。此后由Anderson Jr. J. D等作了更详细的计算。     

CO2激光器简介

本文详细讨论了一种对于高功率应用有很大前途的激光系统,包括设计程序和参数互换的考虑。     

放电对流CO2激光器输出11.2千瓦

在1970年国际电子装置会议上,美帝联合飞机公司在一次非保密的会议中首次报导了他们早期在化学与二氧化碳激光器上进行的一些工作。该公司的布朗（C. Ο. Brown)描述了放电对流激光器。这种器件是利用气体对流而不是以往所用的管壁冷却来防止二氧化碳的过热。有一台气体对流放电激光器使用了12根放电管,输出功率11.2千瓦,转换效率为10%~12%。     

紧凑的CO2激光器

描述了长一米的co2激光器的结构和激励线路。给出了脉冲辐射能量与放电输入能量、压力、工作气体成份的依赖关系。当效率为时，最大辐射能量是6焦耳。辐射脉冲波形具有100亳微秒的尖峰，下降时间约为,1.5微秒。     

放电管径和放电气压对CO2激光器功率的影响

轴快流CO2激光器由于其较高的光束质量以及高功率,在现代加工中的作用日益突出。提出了通过优化放电管管径以及放电气压的途径达到提高激光器的输出功率的目的。分析了放电管径和放电气压对激光器功率的影响以及原因。优化后,激光器的输出功率由293 W提高至372 W,功率提高了27％,对提高激光器功率的研究具有一定的意义。     

高功率CO2波导激光器

本文介绍一台CO2波导激光器，输出功率达39.5瓦(51瓦/米)。这两个数值比以前报导过的都大。提出并讨论了有关输出功率与温度关系的数据。对此进行了理论分析，根据分析求得在最大输出功率的情况下，小信号增益(0.22厘米^-1)和饱和功率（35瓦）的数值。结果表明，分布损耗的假定比反射镜处集中损耗的假定更加与激光输出的观测值符合。     

CO2激光器取得进展

CO2激光器,由于它的输出功率高,而且还在日益增大,加之容易聚焦,因而一跃而成为工业、军事及研究领域中的有利工具。1966年2月,美帝的北美航空公司沃托奈提克斯分部将完成一台连续输出4000瓦的CO2激光器。目前,雷瑟恩公司刚好公布了连续输出1200瓦、效率17%的装置。这种激光器已能使花岗岩破碎,把骨头烧出孔,而且,它还计划在下几个月生产输出更高的激光器。这些装置在每平方厘米中产生的瓦特数,远比太阳的高。     

大气压连续波CO2激光器

报道了连续波CO2激光器的运转,其中使用了一种流动调节技术产生大气压下的均>放电,其比输入超过600焦耳/克。在此种技术中,将预先混合好的气体,通过一个与上流电极邻近的窄隙缝,以声速放射状地引入。对可以看作初始电弧的细丝放电出现的条件的理论和实验研究,使人们对该技术的运转方法有了较深的了解。描述了一种激光器,它使用串联的六个长0.2米、内径为19亳米的放电管,气流、放电和光轴都与管长并排。由于受到从低增益、高饱和流量介质提取功率的困难的限制,效率约为时,输出功率为530瓦。     

添加易电离混合物的高功率放电CO2激光器

近年，用紫外辐射引发的自持放电泵浦脉冲CO2激光器，在实验研究中广泛普及。对于这样的激光器有一系列基本要求：结构简单，可靠,效率高，体积小,工作电压不太高，辐射能沿光束截面均匀分布以及输出参量可在宽范围内变化。     

原子反应堆中的CO2激光器

苏联莫斯科国立大学核物理研究所的研究人员在CO2激光器的组合激励实验中用脉冲核反应堆作为大体积气体的电离源。反应堆中心通道中的热中子流密度为~5×10¹⁶中子·厘米^-2·秒^-1,脉冲宽度为~1毫秒。激光器置于反应堆的中心通道上,内充几个大气压的CO2+N2+He3混合气体。激光脉冲能量约1焦耳。可以认为,在几微秒量级的气体加热时间内实现振荡。电流对时间的依赖关系的理论计算与实验结果很好地符合,并且证明了关于振荡过程中放电体积变热的假设。