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)