【正文】 技術(shù)關(guān)鍵是使氣體高速循環(huán)的羅茨泵，要求泵的流速高，振動小，噪音低，泵所需容量等于激活區(qū)域除以氣體流過激活長度的時間。 (3)軸向流動CO2激光器軸向流動CO2激光器是工作氣體沿放電管軸向流動實現(xiàn)冷卻，氣流方向同電場方向和激光方向一致，它包括慢速軸流(氣流速度在50m/s左右)和快速軸流(氣流速度大于100m/s，甚至可達亞音速)。因此廢熱的排除和工作氣體的冷卻是保證高功率激光器連續(xù)運轉(zhuǎn)的必要條件。它的分類較復雜，主要的分類見表410所示：表410 CO2激光器的分類及特性CO2激光器分類方式特點應用運轉(zhuǎn)方式連續(xù)CO2激光器激光切割、焊接、表面改性脈沖CO2激光器激光打標、精密切割和焊接結(jié)構(gòu)橫流CO2激光器激光輸出功率高，最大輸出功率≧150kW,光束質(zhì)量相對較差激光表面改性、焊接縱流CO2激光器(快流、慢流CO2激光器)光束質(zhì)量高、效率高、體積小，激光輸出功率達到25kW激光切割、焊接封離式CO2激光器光束質(zhì)量好、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、運行費用低微細加工、薄板的激光切割激勵方式高壓直流輝光放電激勵氣體在高壓下放電電離產(chǎn)生的電子來激發(fā),屬自持放電激勵電子束激勵利用腔外高能電子槍產(chǎn)生的電子束直接注入腔內(nèi)來激發(fā)，屬非自持放電激勵Macken輝光放電激勵利用具有特殊性質(zhì)的電場和均勻磁場來實現(xiàn)矩形放電，結(jié)構(gòu)得到簡化，輸出功率高，成本低射頻激勵放電均勻、注入功率密度高、壽命長、光束質(zhì)量高、結(jié)構(gòu)緊湊、電轉(zhuǎn)化效率高微波激勵注入功率密度高、效率高、壽命長、造價低，尚處于研究階段CO2激光器的電光轉(zhuǎn)換效率一般為15～20%，將近80%以上的輸入功率變成了熱能，使得工作氣體溫度升高。圖410給出了應用工業(yè)加工的6kW的CO2激光系統(tǒng)。 圖49 CO2分子振動能級躍遷圖在常溫下，CO2分子大部分處于基態(tài)，在電激勵條件下，主要是通過電子碰撞直接激發(fā)和共振轉(zhuǎn)移激發(fā)。在簡諧近似條件下，CO2分子的3種基本振動近似簡諧振動，并且3種振動模相互獨立運動。在正常的情況下，CO2分子處于不停的運動狀態(tài)，存在3種基本的振動方式和4個振動自由度。并且CO2激光器種類繁多，性能各異，給高功率激光的工業(yè)提供了有效的手段。CO2激光器的輸出譜帶也相當豐富，主要波長分布在9～11mm，正好處于大氣傳輸窗口，十分適宜于在制導、測距和通信上的應用。脈沖輸出能量達數(shù)萬焦耳，脈沖寬度可壓縮到毫微秒級，脈沖功率密度高達1012W，可與高功率固體激光器的水平相媲美。CO2激光器的輸出功率和能量相當大，并且可連續(xù)波工作和脈沖工作。高功率CO2激光器自從1964年研制成功第一臺CO2激光器以來，由于CO2在電光轉(zhuǎn)換效率和輸出功率等方面具有的明顯優(yōu)勢，這種激光器得到了迅猛發(fā)展。3）輸出激光功率功率大，既能連續(xù)又能脈沖工作，效率高。氣體激光器的主要優(yōu)點是：1）工作物質(zhì)均勻一致，保證了激光束的優(yōu)良光束質(zhì)量，激光束的相干性、單色性都優(yōu)于固體、半導體激光器。 氣體激光器以單一氣體、混合氣體或蒸氣作為激光工作物質(zhì)的激光器稱為氣體激光器，氣體激光器又分為原子激光器、分子激光器和離子激光器三大類。當撤出超聲場時，Q值即刻猛增，此時可獲得巨脈沖輸出。對Nd:YAG激光器進行電光調(diào)Q，可獲得脈沖寬度小于10ns、106W以上的脈沖峰值功率。電光調(diào)Q是利用在晶體上加電場，使晶體的折射率產(chǎn)生變化的“電光效應”原理來實現(xiàn)調(diào)Q的。目前在激光加工中采用的有電光調(diào)Q、聲光調(diào)Q、染料調(diào)Q、機械調(diào)Q等。當激光上能級粒子數(shù)達到最大值(飽和值)時，設法突然使腔的損耗變小，Q值突增，這時激光振蕩迅速建立。高頻振蕩電源連續(xù)電源YAG 介質(zhì)氪燈聲光調(diào)Q器件全反鏡半反鏡 圖48 調(diào)Q激光器示意圖調(diào)Q技術(shù)是一種基于激光諧振腔的品質(zhì)因數(shù)，Q值愈高，激光振蕩愈容易，Q值愈低，激光振蕩愈難的原理技術(shù)，即在光泵浦開始時，使諧振腔內(nèi)的損耗增大，降低腔內(nèi)Q值，以讓盡量多的低能態(tài)粒子抽運到高能態(tài)去，達到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。圖47 固體激光器光學諧振腔激光器調(diào)Q技術(shù)為了壓縮脈沖寬度，提高峰值功率，在脈沖激光器中要使用Q開關(guān)技術(shù)（調(diào)Q），Q開關(guān)是一種在激光諧振腔內(nèi)，通過快速切斷和導通激光光路，來調(diào)制激光頻率的裝置，以聲光調(diào)Q為例，示意圖見圖48。（c）是用兩面大曲率半徑的凹面鏡構(gòu)成的光學諧振腔，曲率半徑比光腔腔長長的多。（a）為平行平面光學腔，該腔的兩面反射鏡如果不是嚴格平行，光在鏡面間經(jīng)幾次反射后，就會從鏡子邊緣漏出，該結(jié)構(gòu)不適于實用化的激光器。最常用的固體激光器的諧振腔是由相向放置的兩球面鏡或平面鏡組成，不同類型的腔型結(jié)構(gòu)，對激光輸出的功率、模式、光束發(fā)散角等都有直接的影響。3）系統(tǒng)考慮：冷卻要求、聚光腔的尺寸、重量及制造成本，都是影響總體設計的重要因素。對二極管泵浦，還應按泵浦功率的泵浦耦合方式等決定是否用聚光腔或使用單面全反射器等。這類聚光腔的主要缺點是結(jié)構(gòu)復雜、制造成本高，在實際中很少采用。漫反射圓柱體 同軸閃光燈管 螺旋閃光燈 圖46 漫反射聚光腔4）旋轉(zhuǎn)對稱聚光腔。用螺旋燈泵浦時，通常在螺旋燈外包一個陶瓷漫反射器，見圖44（a），在螺旋形和同軸閃光燈泵浦系統(tǒng)中，泵浦光傳輸效率由燈內(nèi)徑和棒直徑之比決定。幾種結(jié)構(gòu)見圖45。(a)大偏心率(b)小偏心率(c)緊耦合(d)焦外(e)單橢圓(f)雙橢圓(g)多橢圓圖44 橢圓柱聚光腔2）緊耦合非聚焦聚光腔。1）橢圓柱聚光腔。在激光二極管泵浦的情況下，為進一步提高光－光轉(zhuǎn)換效率，有時也需要聚光腔。目前很多激光器公司生產(chǎn)出LD泵浦固體激光器系統(tǒng)，如Rofin公司的DP系列固體激光器，采用半導體泵浦系統(tǒng)，主要應用于材料的切割與焊接，泵浦半導體激光器的壽命超過10000小時。短的二極管陣列特別適于端面泵浦，陣列條常用于側(cè)面泵浦板條或棒狀固體激光器。目前，用作泵浦源的二極管的發(fā)射波長已從770～990nm向紅外900～1000nm和可見光630～680nm擴展，多種固體激光工作物質(zhì)都可以用二極管泵浦。當前，隨著激光二極管的市場的需求量的持續(xù)增加和大規(guī)模自動化生產(chǎn)線的建立，二極管的價格逐步下降，激光二極管泵浦固體激光器將得到廣泛應用。連續(xù)工作的激光二極管壽命超過104h、脈沖工作在109次以上，而惰性氣體泵浦燈只有200h和107次。激光二極管的輸出可以與固體激光器介質(zhì)的吸收帶相一致，激勵效率大為提高，熱效應顯著降低。15%允許工作環(huán)境溫度0～50℃0～50℃0～50℃0～50℃0～50℃工作環(huán)境濕度范圍≦90%≦90%≦90%≦90%≦90%對交流電源要求380V，6KVA380V，9KVA380V，11KVA220V，6KVA220V，9KVA（3）激光二極管泵浦系統(tǒng)。15%177。15%177。表48列出國內(nèi)廠家的連續(xù)泵浦氪燈電源。電源系統(tǒng)框圖見圖43。表47為部分氪燈的尺寸參數(shù)。氪比氙的線狀光譜能更好地與Nd：YAG的吸收譜相匹配，因此，氪弧燈是連續(xù)工作高功率激光器常用的泵浦光源。交流電源 充電 電路儲能放電電路燈預燃電路控制電路觸發(fā)電路圖42 脈沖固體激光器電源框圖目前國內(nèi)生產(chǎn)脈沖氙燈的電源的廠家很多，表46為武漢新特光電技術(shù)有限公司的脈沖激光電源的參數(shù)表。表45 STX系列激光氙燈型號內(nèi)徑φ1(mm）弧長L2(mm)總長OVL(mm)外徑φ2(mm)電極φxL4(mm)STX5x75x14047514053x5STX7x70x15057015074x5STX7x100x210510021074x8STX7x100x186510018674x8STX8x90x22069022085x8STX8x100x230610023085x8STX8x100x250610025085x8STX8x100x288