气动冷却电激励CO2激光器的研究

采用超音速喷管绝热膨胀冷却与放电激励相结合的办法,使激光器兼有电激励CO2激光器电光转换效率高和气动CO2激光器冷却效果好的双重优点,同时可避免放电激励CO2激光器采用风机和热交换器复杂的循环冷却结构,也无须使用昂贵的He气. 激光器系统由电源、前后级超音速列阵喷管、放电电极、谐振腔和排气系统组成.激光头基本尺寸为813 mm×40 mm×85 mm.放电阴极针材料选用钼,80根钼针排成一排,有效放电长度为800 mm.阴极阵列喷管由陶瓷板上均排列的陶瓷管和其中的阴极针之间形成的环形通道构成,阴极阵列喷管将储气腔和放电室隔离为两个独立空间,通过阴极列阵喷管的N2被绝热膨胀而冷却.由于阴极阵列喷管沿放电室空间均匀分布,放电室内气体流速、压力、温度、密度分布均匀,利于大体积辉光放电的稳定均匀性.阳极采用紫铜板制造,均匀排列列阵小孔,小孔中心非对应阴极针.阳极列阵小孔将放电室与光腔连通,使受激励N2进入混合激励室(光腔区),并使N2再次被阳极列阵小孔绝热膨胀冷却.光腔采用平-凹稳腔,全反镜反射率大于99%,曲率半径R=12 m,窗口透过率T=12%,腔长为0.86 m. 实验中,混合激励室气压为5.2×104 Pa,混和比为CO2∶N2=1∶2,获得输出功率195 W,光束直径为Φ15 mm的TEM00激光束,比注入功率达到413 W/gsec-1.实验表明采用气动冷却技术和电激励技术相结合是一种切实可行的优化方案.(OE38)     

新型针板电极放电特性的研究

研制成功一种二千瓦横流电激励连续ＣＯ２激光器，采用了新型针板式电极结构，其阳极为平面形铜板电极，阴极为二排针形钨杆电极，每排１００支均匀分布，电极之间的距离为３５ｍｍ，本文论述这种新型针板式电极的放电特性。     

高效射频激励CO_2激光器

本文报道了横向电容式射频放电激励 CO_2激光器。它在3He:1N_2:1CO_2+5%Xe 的混合气体中可产生功率16瓦,峰值效率20%。根据测得的放电参数和电容式射频放电模型,对于无氙的3He:1N_2:1CO_2混合气体,可计算出放电中心增益区的约化电场强度 E/N。发现 E/N 值大大低于电极间的平均约化电场强度,而接近于在电子碰撞振荡泵浦情况下的最佳值。在无氙的混合气体条件下,观察到的最大效率为17.5%,而计算的最大效率为20.5%。     

紫外预电离TEA CO2激光器的实验研究

介绍了采用火花针紫外预电离高重复频率TEA CO2激光器系统的结构及其实验研究结果.该激光器的脉冲放电行为由旋转火花开关和高压脉冲触发器进行控制,并通过自动翻转电路实现对称张氏电极之间的均匀辉光放电.通过改变激光器工作气体气压、充气配比及注入能量,测量单脉冲输出能量.实验结果表明,激光器的输出能量及电光转换效率随CO2或N2充气压改变存在最佳点,最佳点与注入能量有关.输出能量及电光转换效率与总充气压呈线性关系.该激光器在单脉冲放电条件下比在高重复频率时能够注入更多的能量和充入更高的气压,脉冲能量最大输出可达53J以上,经过进一步地参数优化,该激光器最高的电光转换效率达到17%以上.     

横向激励大气压CO_2-N_2激光器中氮混合物比率的最佳条件

最近资料〔1〕和〔2〕报道了横向激励大气压(TEA)CO_2激光器,这种新型的激光器产生的高峰值功率可与Q开关固态激光器相比,因此它就成为一种能产生等离子及加热的有用的红外非线性光学器件。本实验应用的激光是横向激励CO_2-N_2激光器,在1米长的塑料槽中有99个针状阴极和一个铝板阳极。在每个针状阴极上,具有限流电阻器,通过它对充电6.6～22.2千伏的0.019微法的电容器放电获得脉冲激     

均匀激励高压强CO_2脉冲激光器

文中描述了对气体容积均匀激励的工作于大气压强下的紧凑脉冲GO_2激光器的性能。输出脉冲能量与放电电压、气体组成及压强关系的测量表明,该激光系统能给出输出能量密度为17毫焦耳/厘米~3的脉冲,效率为10.4％。电激励GO_2-N_2-He激光器的新近研制表明该器件有可能在高压强下的瞬态扩散辉光放电方式工作。产生与激光器轴成横向的短脉宽能量有限的脉冲辉光放电可防止在高压下易于形成电弧的倾向。所采用过的针-平面及平行平面的电极结构已报导效率达7％,而输出能量密度为3毫焦耳/厘米~3。本文描述了均匀激励气体容积的CO_2激光器结构性能的     

无声放电激励式二氧化碳激光器的研究

本文介绍一种具有高频脉冲振荡性能的二氧化碳激光器(SD式CO_2激光器)。该激光器一改以往二氧化碳激光器把镇流电阻接在许多金属电极间发生辉光放电的方法,而把电极作为绝缘体电极.在电极间加上交流高压,成为激励手段。SD式CO_2激光器可连联续输出也可高频脉冲输出。因此SD式CO_2激光器具有高速度响应,高脉冲振荡、高效率、输出稳定等优良性能,适合产品化。     

提高小型CO2激光器的功率水平

近20年来，从越来越小的CO2激光器获得越来越高功率的探索在不断进行。美国拉夫巴勒理工学院最近的工作为其它研究者建立了一个新目标。该校从非折迭腔长约为60厘米、直径15厘米的激光器获得3.5千瓦输出。提高性能的关键是在腔的一端采用12个多孔阳极，另一端6个阴极。激光气体通过阳极注入改善了此种激光器的放电特性，相对单电极来说，它为阳极附近激光气体提供紊流区域。电光效率超过20%。     

二千瓦级横向电激励CO_2连续激光器

我们研制的HGL-81型CO_2激光器输出功率达2千瓦以上,连续工作时间2小时以上,输出功率稳定度小于±5％,电光转换效率大于11％。 HGL-81型CO_2激光器采用的总体技术方案是工作气体快速流动,横向电激励、高气压、多针-板自持放电。工作气压范围为50～300托。提高工作气压的好处是:激光输出功率随气压增加而增加,有利于长时间、全封闭稳定工作,工作过程中不需要补充新鲜气体,纵模稳定;气体质量流量大,气体温度低等。提高工作气压带来的主要问题是辉光放电的不稳定性。我们采用多针-板放电结构较好地解决了这个问题。     

高功率横流CO2激光器的新型管板式电极

提出一种更适用于焊接等场合的低阶模输出的新型管板式电极。阳极块长边沿阴极管方向,提高了放电均匀性和稳定性,增加了有效放电长度;阳极沿气流方向的长度和阴阳两极之间的距离根据输出模式确定,可充分利用激活体积,提高选模激光光电转换效率;其放电均匀稳定,可减小限流电阻值,降低外电路电功损耗。与现有管板电极相比,可提高注入到激活体积内的电功率密度,明显提高选模激光输出功率和总体效率。多模输出时直接光电转换效率可达20%;低阶模TEM11输出时光电转换效率可达15%,激光器总效率达8%。该电极结构适用于国内生产的横流CO2激光器,在不同模式输出时均能获得较高的光电转换效率,从而使其更好地应用于焊接等低阶模输出场合。     

双放电CO_2激光器的应用

一、双放电CO_2激光器的特点、由来及基本原理双放电CO_2激光器是一种脉冲式气体激光器.它具有在高气压下实现大面积均匀放电、高重复率、大能量、高峰值功率、脉冲宽度可调、转换效率较高、结构简单等优点.早期出现的CO_2激光器是纵向放电,即放电方向与光轴取向一致.但是这类器件一般只能是低气压下运转,并且要想得到高功率的输出,激光管就要加长,电极距离也相应地加大,要求较高的工作电压,这对进一步提高输出,增加效率较为困难,也给实际应用带来许多不便.事物的矛盾推动着技术的发展.横向放电方式的采用给CO_2激光技术又开辟了一条新的途径.     

高功率放电引发非链式脉冲DF激光器

研制了一台放电激励重复频率运转的高功率非链式脉冲氟化氘(DF)激光器,采用倍压式储能电路及自引发体放电激励方式,在SF6和D2的混合气体中实现了体积为1.65 L的均匀辉光放电;凭借大流量离心风机提供的8.5 m/s风速实现了电极间工作气体的快速更新;运用介孔碱性分子筛完成对放电产物的吸附处理。实验研究了工作气体参数及充电电压对激光器输出性能的影响,在总气压8.1 k Pa,SF6与D2工作气体配比为8∶1,充电电压为43 k V时,获得了3.46 J的单脉冲能量,电光转换效率为3.12%,脉冲宽度为135 ns。在50 Hz时,获得了平均功率为150 W的激光输出,其脉冲幅值差优于±8%。实测远场发散角在水平方向和垂直方向分别为7.92 mrad和9.58 mrad,并采用DF激光谱线分析仪测试获得了22条激光谱线。结果显示,放电激励非链式脉冲DF激光器是获得高功率中红外激光的有效途径。     

增加紫外预电离火花密度使XeCl激光输出能量提高

我们将紫外预电离火花由原来的30个增加至60个,有效地扩大了预电离火花辐照体积,放电均匀性明显变好,激光输出提高40％,效率也提高了40％。 实验装置 XeCl激光器结构截面示意图和激光电原理图示于图1。在主放电电极阴极两侧安装有作为预电离用的针状电极。直接与阴极充放电产生火花。针状电极在激光器气室外串联一个可拆卸的无感小电容,容量约200pF。预电离电极距主电极为～5mm,共60个,分布于40cm长的阴极两侧。在测量参数时,用拆去预电离电容来改变火花的数目。主放电电极材料为黄铜,面形为弧形。阴极为R=5mm,阳极为R=10mm,电极间距为20mm,腔长600mm。激光谐振腔一端为介质膜全反镜(R=∞),另     

电引发非链式脉冲DF激光器实验研究

为获取得高能脉冲中红外激光,对两种形式的电引发非链式脉冲DF化学激光器进行了研究。通过研究紫外预电离自持放电非链式脉冲DF化学激光器的输出特性,确定了最佳气压比,实现了350 mJ的DF激光脉冲输出,激光峰值功率为1.4 MW,激光能量比输出达35 J/l.101.3 kPa,电光转换效率约为1.6%;为突破预电离条件的限制,研究了非链式脉冲DF化学激光器的自引发体放电特性,通过采用针-盘电极对放电来模拟单通道放电的过程,利用非均匀场粗糙表面阴极,在注入能量密度高达200 J/l时实现了无预电离的稳定体放电。实验结果表明,采用自引发体放电技术有望实现更高能量的中红外激光输出。     

高气压封闭循环针板放电式二千瓦连续CO2激光器

研制成功一种工业用高气压封闭循环二千瓦级连续CO2激光器，采用多针对平板的电极结构，在气压为90～100托、混合气体比分为CO2：N2：He——1：7：20或1：8：20的条件下，在240根钨针阴极与铜板阳极之间形成稳定的辉光放电，其电流方向，气流方向和光轴方向相互之间彼此垂直。对这种激光器的放电特性、输出特性和长时间运转特性进行了研究，本文叙述过种激光器的总体方案、器件组成和工作特性。     

同轴式连续波CO_2激光器的特性

一台连续波 CO_2激光器已经研制成功。它的激活介质是由同轴电极之间的放电形成的。已经研究出激光增益和饱和特性与不同器件参数的函数关系.连续波 CO_2激光器的总效率与传统的纵向放电激光器的总效率大致相同,同轴几何形状具有低压运转,迅速冷却和坚固的优点。     

1kW无氦横流连续CO_2激光器的研究

本文报道我们研制的 Ikw无 He横流连续CO_2激光器的实验结果。激光器总体结构如图1所示。其放电装置采用针板放电结构，阴极由152根直径为      

氢在TEA脉冲CO_2激光器中的作用

近几年来,横向激励大气压脉冲CO_2激光器在国内外引起了广泛的注意。为了增加这类激光器的输出,提高转换效率,许多科学工作者已经并正在许多方面进行理论和实验方面的研究。除了在激发方式、电极构造和改进放电性能等方面取得了一系列的进展之外,还发现在激光器中加入适量的氢气,将有助于均匀放电,从而可进一步地提高输入能量,相应地增加输出能量。我们对氢气在双放电的绕丝状电极激光器中的作用进行了实验。实验的结果示于图1至图4。其输出能量均作归一化处理。图1～3说明了在不同的输入能量和气体比的情况下,氢气在激光器中所起的作用。     

2千瓦横向流动闭合循环CO_2激光器

本文报导了千瓦级横向流动闭合循环 CO_2激光器的组成,着重讨论了无弧光放电电极结构及放电特性。采用多针触发使较大放电电流时的辉光放电稳定性明显提高;主电源直流输出特性及限流电阻选择对放电稳定性及功率输出影响很大。放电区气流速度40米/秒,工作气压46毫米汞柱,激活区长度86厘米,获得2千瓦连续多模输出,电光效率达15%。     

脉宽大于100微秒的强流大截面电子枪

在CO_2激光器的研究过程中,发现利用普通技术放电,在振动激发比较有效的E/N下,不能产生适当的电离。这两者往往是矛盾的,这就导致人们寻求在最佳的E/N下能产生适度电离的技术,即把电离和激发分开控制的技术。美国阿符科公司首先提出了电子束控制主放电的技术。 目前就电子束的激励方法有电子束控制放电用的电子枪和电子束直接激发激光介质用的电子枪。就产生电子束的方式有热阴极电子枪、冷阴极场致发射电子枪和等离子体电子枪。