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。     

连续波CO2激光器输出7 kW

在法国通用电气公司研究中心马科西实验室，一台新TAF10型高功率工业CO2激光器产生7 kW连续波输出功率。     

CO2激光器的稳频实验

1964年Patel等首次报告CO2激光的连续振荡以来，CO2激光得到了多方面的研究。CO2激光从9到11微米的振荡谱线逐条排列可达100条以上，而且大气吸收少而受人注目。特别是稳频的CO2激光在计量学领域可考虑有以下三大应用。     

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。     

700瓦连续波输出的CO2激光器商品

美帝雷瑟恩公司激光发展中心研制出700瓦连续波输出的CO2激光器。在激光束前面,桌子上放几块火砖,把激光束聚焦,在25到30秒内就能把砖穿个孔,有时还更快。这时,功率尚未用到最大值。     

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。     

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。     

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。     

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。     

CO2激光器的研究动向

近来,激光工作者热烈地讨论着有关二氧化碳激光器的问题。以前,在气体激光器中,人们认为具有实用价值的仅是产生红外或近红外的氦-氖激光器与发出蓝绿强光的氩激光器。这里要介绍的是由二氧化碳分子产生的、波长为10.6微米的红外激光器。由于它连续振荡的输出功率是现存激光器中首屈一指的,其 振荡波长正位于“大气窗”中,较其它波长有着较佳的透过率,其激励效率也髙于其它的气体激光器,加之多数物质均能吸收这一波长的光辐射并转变成热能,故很有希望作成新型的热源;凡此种种,使二氧化碳激光器颇受激光工作者的重视。     

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。     

加拿大研究大气压CO2激光器

加拿大防御研究公司研制成一种在大气压下工作的二氧化碳激光器。据说他们在1968年就设计了这种装置。他们已建造了上百台实验装置,但认为都很“粗糙”,主要是因为气体封闭问题太不注意。     

CO2-He-N2气体动力激光器的研究

报导了在通过膨胀冷却的含CO2的混合气体气流中,红外激光作用的实验和增益的测量。混合气体由反射的激波预热,然后使气流通过狹缝膨胀入真空。在CO2-He混合气体中获得了激光作用,而加进氮气可使增益提高。发现增益依赖于到狹缝的距离和狭缝前面的气压。     

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。     

Q开关CO2激光器

CO2气体放电激光器在10.6微米波长处能产生千瓦连续波激光输出,用旋转反射镜对激光腔进行Q调制后,甚至能产生更高的功率。旋转反射镜Q开关CO2激光器的实验研究表明,脉冲的结构包括二个强尖峰,脉冲持续期随气体压力的增大而减短。这种性质是碰撞引起的迟豫过程的反映。这过程相当迅速,在旋转反射镜的准直期间,它就能改变激光的反转状态。由于脉冲持续期与压力有关,在致热碰撞不致耗尽反转的最高压力（约20托）下可获得最大的Q开关功率。为了获得大于10⁵瓦的峰值功率,要求长的激光放电,但困难在于在很长的腔长度上不易维持精确的反射镜准直。而且,从实验观察到,振荡器长度增大时,脉冲持续期增加,从而限制了从长的CO2激光振荡器中可能获得的峰值功率。为避免这些问题,已采用振荡器一放大器系统进行实验。从1米振荡器、5米放大器的CO2激光器已能获得120千瓦的峰值输出。     

CO2激光器定向通信

本文讨论一种在市区内横贯7.2公里的CO2激光器定向通信装置的结构和工作原理。该系统的主要特点是用耦合调制和光学外差检波。在简单介绍了光学发射器和光学接收器后，我们将报导对接收信号起伏的测量以及彩色电视信号所做的实验。此外还将介绍用以测量发射器和接收器之间准确距离的激光雷达实验。     

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。     

工业中的CO2激光器

二氧化碳激光器现在通常被认为是“工业”或“机械加工”激光器。此种激光器是如何起到机械加工作用的？本质上是通过加热过程。光束被聚焦成125微米大小的点，强烈地使加热过程局部化，因而使材料能瞬间汽化。影响工作区的能量非常强；它达几兆瓦/厘米2。然而，该过程限制在靶材料的很小厚度内，因为聚焦的光束在几厘米的深度内发散掉。由于光点的尺寸小，受加热影响 的区域控制在最小范围。     

脉冲CO2气体动力激光器

本文报导了脉沖式燃烧运转的CO2气体动力激光器。气体混合物在燃烧室内点燃,形成热的CO2与N2。混合气体通过超声喷嘴膨胀,从而引起CO2中的粒子数反转。激光能量约为20焦耳,脉沖持续时间为0.3秒。文中也叙述了气体组成与滞止压力所引起的增益与脉沖能量的变化。