高功率二氧化碳激光器的技术
发布人:新特光电 时间:2017-05-08 关注:

原理

CO2分子为线性对称分子,两个氧原子分别在碳原子的两侧,所表示的是原子的平衡位置。分子里的各原子始终运动着,要绕其平衡位置不停地振动。根据分子振动理论,CO2有三种不同的振动方式:

① 二个氧原子沿分子轴,向相反方向振动,即两个氧在振动中同时达到振动的最大值和平衡值,而此时分子中的碳原子静止不动,因而其振动被叫做对称振动。

② 两个氧原子在垂直于分子轴的方向振动,且振动方向相同,而碳原子则向相反的方向垂直于分子轴振动。由于三个原子的振动是同步的,又称为变形振动。

③三个原子沿对称轴振动,其中碳原子的振动方向与两个氧原子相反,又叫反对称振动能。在这三种不同的振动方式中,确定了有不同组别的能级。

技术

1、工作气体快速冷却

CO2激光器的电光转换率一般在10%—20%范围内,这可算是转换率很高的了。其余的放电功率大部分通过电子与气体粒子的弹性碰撞使气体加热,温度升高;对于高功率激光器来说,气体温度升高更快。当工作气压温度达到300℃时,二氧化碳激光器的激光上、下能级因不存在粒子反转,所以没有激光输出。实际情况是气体温度大于150℃时,电光转换效率已明显下降。为此,要求器件具备能快速、有效的带走放电区气体的热量的能力。现在常用的有两种方法:气体快速对流冷却和扩散传导冷却。

2、大体积放电的均匀性和稳定性

高功率气体放电中的电流、电压、气体温度都较高,辉光放电正柱区的热不稳定性和电弧收缩等现象较严重。如何保证大体积辉光放电的均匀性和稳定性是高功率二氧化碳激光器的关键技术之一。我们常用的技术有:

(1)把大体积的放电区分成许多小的放电区分别加以控制。

(2)气体快速流动不稳定的扰动因素及时带出放电区。

(3)增加湍流以增加放电的均匀性。

(4)增加预电离或外界电离源以增加放电的均匀性。

3、放电激励技术多样化

除原有的直流放电(DC放电)激励技术外,还有交流放电(AC放电),射频放电(RF放电),微波放电,这都是今年发展的多种新激励技术,用的最多的是DC放电和RF放电。

4、优良的光束质量

激光切割、焊接等应用要求有优良的光束质量,特别是聚焦后的光束愈细愈好。在高功率激光器中,二氧化碳激光器是光束最好的一种。

5、优良的红外光学元件

在高功率状态下,激光晶体输出窗口和全反射镜的热畸变和热破坏常是限制激光功率提高和光束质量改善的关键技术问题。基材的选用和冷却、抛光、超精车等工艺问题也是很重要的。

6、既能连续输出又能脉冲输出

不同材料、不同路径的激光切割机、焊接、表面处理,往往要求激光束随时改变工作方式,有时要求连续输出,有时要求脉冲输出波形。近年来出现了增强脉冲输出,使加工性能明显提高。

分享: