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.     

1500瓦轴快流CO2激光器电源系统

This paper introduces a SCR power supply for 1500W FAF CO₂ laser.Including anti-jamming triggers circuits and feed back circuit.This circuit is stabilization,simple and credibility.The industrial computer used by laser is studied.     

千瓦级快轴流CO2激光器的射频系统

在千瓦级快轴流CO2激光器中,我们用单个射频源通过50Ω传输线和π型网络给8段光管馈电,在这样的安排下将15kw连续波射频功率有效并均匀地耦合到8段光管的等离子体中。这种技术的关键是阻抗匹配。     

射频激励快轴流CO_2激光器串行电极系统的研究

本文探讨了射频(RF)激励快轴流CO_2激光器单源多极激励的串行系统,给出了系统的均压设计方法和系统频率负载特性。     

放电CO2激光器的评述

根据用闭合放电管和慢流速气体激光器所进行的研究,多数研究者相信,直至几年以前,从CO2激光器中可能获得的输出功率的上限接近100瓦/米（放电长度）。1967年,联合飞机公司的研究实验室采用使气体迅速流过放电区的方法,将CO2激光介质对流冷却,曾由30厘米长的CO2:N2:He放电长度获得800瓦的输出功率。1968年末和1969年初,功率分别上升到9千瓦/米和11.5千瓦/米。由于这一工作的结果,对流冷却过程在放电CO2激光器中的优点现在已为大家所公认（见资料1~10)。     

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。     

高功率轴快流CO2激光器气体压力控制

在采用轴快流CO     

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。     

直流激励轴快流CO2激光器非正常放电研究

以NEL-A系列直流激励轴快流CO2激光器为例,研究谐振腔非正常放电问题。通过化学实验的方法验证了谐振腔内主要腐蚀物为碱式碳酸铜,运用物理和化学理论分析了腔内碱式碳酸铜的成因及其影响谐振腔放电的微观机理。实验结果证明,腔内主要腐蚀物碱式碳酸铜是造成激光器谐振腔湍流放电功率下降的主要原因。该结论可作为直流激励轴快流CO2激光器谐振腔和气体单元改进设计的参考,同时也为设备现场维护提供了一条新的途径。     

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。     

A large bore fast axial flow CO2 laser

A single-tube large-bore fast axial-flow CO₂ laser with a power output of 3.8 kW using a discharge length of 0.6 m is described which operates at currents in excess of 1.2 A. The high-power compact design is made possible by the use of multiple electrodes and by optimizing gas turbulence using high-velocity gas injection at the anodes to suppress the glow-to-arc transition and to fill the discharge tube. The critical parameters in raising the current at which the glow-to-arc transition occurs are shown to be the number and surface area of the cathodes and the effectiveness of the gas turbulence over the discharge length. The importance of the transition regions between the column and the electrodes is shown. Operation at currents in excess of 2 A without a glow-to-arc transition has been achieved     

高功率轴快流CO2激光器控制系统的研制

为了提高高功率轴快流CO2激光器的稳定性和智能化程度,以满足激光加工的需要,采用可编程逻辑控制器和尾镜取样功率稳定技术,研制出了以西门子可编程逻辑控制器为核心的高功率轴快流CO2激光器控制系统,并在4kW轴快流CO2激光器上进行了实验验证,取得了气压稳定度、功率稳定度、放电波形以及激光模式等实验数据,气压波动小于±50Pa,功率稳定度达到±0.1%,并可实现连续、脉冲、超脉冲放电。结果表明,该套控制系统可以满足高功率轴快流CO2激光器的控制需求,提高了高功率轴快流CO2激光器的稳定性和智能化程度。     

约束放电激励千瓦级基模CO2激光器

本文研究了约束放电激励千瓦级基模CO2激光器。约束放电激励的思想核心是:利用正交或基本正交的电场或者电磁场在阴极位降区附近形成对带电粒子的捕集阱,由此产生对放电过程中从阴极发出的带电粒子的约束作用从而影响整个气体放电激励过程。     

Fast axial flow CO2 laser excited by silent discharge

A fast axial flow CO₂ laser excited by silent discharge has been developed. With a new electrode system applied to the laser, homogeneous discharge of power density of up to 80 W/cm³ is obtained without applying any stabilization techniques on the discharge. An output laser power of 920 W in stable TEM₀₀ mode operation is attained with an efficiency of over 14%. Beam fluctuation common to fast axial flow lasers is suppressed by the combination of smooth gas flow and low CO₂ molar fraction     

单放电盒5kW横流CO2激光器气体流动特性研究

为了解决传统双放电盒横流5kW CO2 激光器双风道、风速小、体积庞大等问题,研究开发了单放电盒横流5kW CO2 激光器,采用气体动力学、放电区气体流场分析的方法,在保证风机强度的前提下根据通风机原理设计了一款铝质轻型离心风机,风机的进口直径为382mm,出口直径为451mm,蜗壳宽度为160mm,并进行了实验验证。结果表明,配置该风机的单放电盒的5kW CO2激光器提高了功率稳定性,放电区气体平均流速从60.8m/s提高到75.5m/s,缩小了弧光放电的面积,改善了近场光斑的强度及均匀性,采用铝制风机及单放电盒减小了激光器的整体重量和体积。这对CO2激光器向高功率、小体积、紧凑型发展具有重要意义。     

射频激励平板波导-非稳腔CO2激光器的研究

本文报导一个横向射频激励的平板波导CO2激光器。该激光器采用虚共焦非稳腔,其波导尺寸为1.5mm×30mm×400mm,获得133W的激光输出,光电转换效率为11%,发射光束近衍射极限。     

约束放电激励千瓦级基模CO2激光器增益分布的测量

利用放大法进行约束放电激励千瓦级基模CO2激光器增益的测量,分析增益区的横向分布,得知此种激光器的增益值较高,增益区宽(与同类横流激光器进行比较),适合使用多折腔,并获得了优良的激光模式输出。