高功率红外横流CO_2激光器光学谐振腔的仿真研究

谐振腔是激光器的核心部件,光学谐振腔理论的重点是高斯光束.本文应用SIMULINK集成软件包对高功率红外横流CO2激光器谐振腔的高斯光束进行了仿真,分析了仿真参数对仿真系统的影响,并提出了仿真系统的应用.     

横流CO2激光器的折叠式谐振腔研究

在横流ＣＯ２激光器中折叠式谐振腔,不仅能改善光束质量,而且有提高转换效率。文章地折叠式谐振腔的折数确定,转折镜的选择,谐振腔的总体结构进行了分析研究,并设计了一种七折光学折叠腔,在大功率横流激光器上取得了良好的实验效果,获得了千瓦级基模激光输出。     

圆筒结构千瓦横流CO_2激光器

本文报道一台圆柱形结构横流CO_2激光器及其运转特性.圆筒长度1.45m,直径0.45m,已获得大于1kW的输出功率.     

高功率横流CO2激光器的锥面反射镜谐振腔

根据针-板放电5kW横流CO2激光器的结构特点,设计并实验研究了直角锥面镜作为全反射镜的谐振腔。在菲涅耳-基尔霍夫理论的基础上,引入柯林斯公式并考虑增益影响,推导了锥面谐振腔的衍射积分方程,并进行了相应的模拟计算。研究结果表明,在高功率横流CO2激光器中锥面反射镜与平面输出镜相配合使用组成稳定腔,获得了TEM30的低阶模输出;由于锥面反射镜受加工精度的影响中心残留有加工盲孔,导致TEMmn(m=0,n≠0)的模损耗较大不易耦合输出;而镜面中心场分布很弱的其他低阶模因损耗小,则会优先输出。     

横流CO_2激光器SD放大实验研究

在充有CO_2-N_2-He混合气体的激光器SD放大实验装置内,用100～180KHz高频电源对长度为720 mm 的 SD 电极进行横向流动的无声放电(SD)放大实验,获得放电功率1.035 kw,SD 电极功率注入效率达96.5%。     

横流CO_2激光器的二维增益分布

用一维气流、准二维放电模型算出垂直于电极平面的等增益线二维分布。研究了放电区气体流速、放电参数以及气体成分等对小信号增益沿流动方向变化规律的影响。对于每一气体压力,有与最佳增益曲线对应的流速范围。将计算结果与实验结果进行了比较。     

气压对横流CO_2激光器输出的影响

连续输出的对流、放电、CO_2激光器小信号增益特性随介质气压(高至780Torr)变化的实验和个别较高气压(约180Torr)器件的输出实验已有较完整数据的报道,我们将每粒子电场强度E/N和模拟简化的均匀电子密度分布区宽度d取为适当的常量,计算给出了高气压条件下的输出功率、耦合度及其变化规律,但其中对于[1]文报道的实际器件在较高气压的小信号增益的检验计算,须适当调整d的数值才能与实测相近,对于放电结构与[1]、[2]相似的器件,并不满足[3]中在不同气压均取d为同一常量的简单条件,为此,本文利用[1]、[2]已公布的     

高气压横流CW CO_2激光器的效率特性

本文研究20～1300Torr压力范围内激光效率(包括电光效率η_EI、电一振动能转换效率η_EV,以及振动一光能转换效率η_VI)及输出耦合度随压力的变化关系.结果表明,在高压与强辐射场作用下存在电子对激光介质多次振动激发的可能性.     

高功率横流CO2激光器新型激光谐振腔实验研究

在高功率横流CO2激光器上设计了一种新型激光谐振腔(平-锥腔),实验研究了其输出光束特性,并与平-凹腔的输出特性进行了比较.结果表明:在腔长3m,输出镜光阑直径φ30mm时,平-锥腔的输出光束模式为TEM30模,平-凹腔与平-锥腔的输出光束发散角分别为2.6mrad、2.1mrad,当输出镜失调1.4′时,光斑缺失率分别为16%、8%,当反射镜失调1.4′时,光斑缺失率分别为20%、5%,因此平-锥腔具有较高的抗失调稳定性,而且锥面全反镜的抗失调性能优于凹面全反镜.     

矩形波导CO_2激光器谐振腔耦合效率研究

为了实现波导CO_2激光调Q脉冲输出,需要搭建半外腔激光器以在谐振腔内插入Q开关。实验研究了波导纵横比m=2的半外腔矩形波导CO_2激光器的输出功率与谐振腔光学结构参数之间的关系,对比了平面反射镜紧贴波导口激光器的输出功率,得到谐振腔模式耦合进入波导口的损耗与谐振腔全反镜曲率半径R以及全反射镜至波导口的距离d的关系。基于菲涅耳衍射积分理论,采用变步长辛普森算法理论计算了m=2的矩形波导谐振腔耦合效率与R、d之间的关系。基于实验及理论结果,得到了适合高纵横比矩形波导CO_2激光器半外腔搭建的两个耦合效率较高的谐振腔光学及结构参数:d=10mm、d=R的位置,并且R越大这两个位置对应的耦合效率越高。     

自持电激励横流CO_2激光器的最佳输出功率

本文研究了横流CO_2激光器电激励区的形状、光腔位置、反射镜的大小、耦合度、介质流速诸因素对输出功率的影响,得到了一批规律性的结果,可为实验研究和器件设计提供参考。     

无He横流CO2激光器散热器性能分析

本文分析了无He横流CO2激光器散热器传热性能,计算结果与实验吻合很好.     

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      

横流放电CO_2激光器能量转换的特性和机制

模拟计算分析了横流放电CO_2激光器中介质气压、流速、光腔位置、腔中辐射强度、输出耦合度等因素对介质各能态间能量转换特性的影响.     

2.5kW横流CO2(无氦)激光器研究

在高功率横流CO2(无氦)激光器中,本文就镇流电阻对激光器输出特性的影响作了实验研究,并获得了镇流电阻的最佳数值.当总压力为60Torr,CO2:Ar:N2=1.5:10:10时,激光器的输出功率为2.5kW,光电转换效率为16.9%.在12h的运行中,输出功率漂移仅为±3%.     

横流CO_2激光器小信号增益顺流分布的解析解

本文利用一个简化模型,在推导出电子分布函数的基础上,给出了横流CO_2激光器小信号增益沿气流方向分布的近似表达式,导出了小信号增益与顺流位置、气流速度、气压、顺流电极长度、放电电流之间的关系。理论与实验基本符合。     

千瓦级横流连续CO2激光器流场特性的研究

本文针对MGL-84型千瓦级横流CO2激光器,深入研究了流场气动特性对激光放电的影响,提出了使流场速度分布更加均匀的措施,所设计的湍流发生器明显地改善了放电稳定性。     

High-power CO2 laser using Gauss-core resonator for 6-kWlarge-volume TEM00 mode operation

A novel resonator based on a stable resonator configuration designed to yield a highly focusing beam operating in a large-volume TEM ₀₀ is presented. An output coupler of the new stable resonator has a circular partial-reflection region in the center that is surrounded by an antireflection region. Main-beam mode is determined by the partial-reflection region existing in the “core” of the output coupler. A diffraction beam spread from the center of the optical path in the cavity is amplified by a laser medium. By combining part of the core beam transmitted from the partial-reflection region with the amplified diffraction beam under the phase-unified condition, a diffraction-limited laser beam having a large diameter is obtained. A 6.2-kW linearly polarized output beam with the M² factor of 1.7 is obtained experimentally for a high-power CW CO₂ laser. In laser-materials processing, we can cut 1:mm thin mild steel with a cutting speed as high as 64 m/min, at 5.9 kW     

横流针板放电CO_2激光器的理论计算模型

本文考虑了电子密度、电子温度、气流速度、气温、弛豫及激发速率等重要物理量沿流向的分布。给出了横流针板放电CO_2激光器特性参量的理论计算模型。用该模型对MGL-84型激光器的增益、输出功率和效率进行了计算,其结果与实验结果较吻合。