CO2激光器從誕生到現(xiàn)在近50年的時(shí)間里一直被人們所關(guān)注，是一種比較理想的激光器。相對(duì)于其他的激光器，CO2激光器具有較好的方向性，單色性和較好的頻率穩(wěn)定性。CO2激光器在醫(yī)療，軍事，工業(yè)等方面都得到了廣泛的應(yīng)用。CO2激光器在激光加工方面占主導(dǎo)地位，它廣泛的用于焊接，切割，熱處理和清洗等方面。但是CO2激光器的轉(zhuǎn)換效率不是很高，限制了其發(fā)展。未來的CO2激光器將朝著以下幾個(gè)方向發(fā)展：
(1)高功率橫流CO2激光器：
高功率橫流CO2激光器，用于激光加工和熱處理，激光器的整機(jī)呈一體化的箱體。箱體的上箱體中置有一體化的放電室、熱交換器、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、進(jìn)出口導(dǎo)流器以及光學(xué)諧振腔，箱體的下箱體中置有激光電源、充放氣系統(tǒng)、真空泵、鎮(zhèn)流電阻箱和控制盒。與已有技術(shù)相比具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝調(diào)試和維修方便、激光器的工作效率高，整機(jī)的體積可以小型化的特點(diǎn)。它主要應(yīng)用于金剛石工具、汽車齒輪、汽車安全氣囊氣體發(fā)生器等焊接中的應(yīng)用，激光表面淬火與熔覆工藝及其在鋼鐵軋輥表面熔凝淬火、石油化工零件表面修復(fù)等方面的特殊應(yīng)用。
(2)聲光調(diào)QCO2激光器：
為滿足激光測(cè)距、環(huán)境探測(cè)、空間通訊及激光與物質(zhì)相互作用機(jī)理研究等領(lǐng)域應(yīng)用要求，研制了聲光調(diào)QC02激光器。針對(duì)影響聲光調(diào)QCO2：激光器輸出的各種因素，利用調(diào)Q脈沖激光器速率方程對(duì)該激光器輸出的主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了理論分析和計(jì)算，提出了聲光調(diào)QCO2：激光器優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，并進(jìn)行了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。
激光器脈沖重復(fù)頻率為lHz～50kHz，在lkHz運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)獲得的輸出激光脈沖寬度為180ns，峰值功率為4062W，與理論計(jì)算基本一致。結(jié)果證明：通過聲光晶體(AO)的優(yōu)選及諧振腔的合理設(shè)計(jì)?？蓪?shí)現(xiàn)小型CO2激光器的高重頻、窄脈寬，高峰值功率輸出，并可通過光柵選線的設(shè)計(jì)方式和TTL信號(hào)控制實(shí)現(xiàn)此類激光器的波長(zhǎng)調(diào)諧和編碼輸出。
(3)緊湊型長(zhǎng)壽命射頻激勵(lì)波導(dǎo)CO2激光器:
為了使CO2激光器在工業(yè)加工及軍事上有更廣泛的應(yīng)用,采用鋁合金拉制型材作為激光器殼體、盤裝電感代替?zhèn)鹘y(tǒng)線繞電感的結(jié)構(gòu)以及全金屬封接工藝等,研制出一種緊湊型長(zhǎng)壽命射頻激勵(lì)波導(dǎo)CO2激光器.可連續(xù)輸出或在不高于20kHz調(diào)制頻率下脈沖輸出,最大輸出功率30W,實(shí)測(cè)工作壽命超過1500h,存儲(chǔ)壽命超過1.5a.結(jié)果表明,這種激光器具有結(jié)構(gòu)緊湊、輸出功率穩(wěn)定、工作壽命長(zhǎng)、可連續(xù)及脈沖調(diào)制工作等特點(diǎn),除了能滿足各種材料的加工,也可在軍事上應(yīng)用。
(4)新型便攜式TEACO2激光器：
它是一種新型便攜式橫向激勵(lì)大氣壓CO2激光器。該激光器采用4節(jié)5號(hào)充電電池直流供電,在1Hz重復(fù)頻率條件下,可連續(xù)工作1h.激光器整機(jī)(包括電源及控制系統(tǒng))尺寸為200nm×200mm×360mm,質(zhì)量小于8kg.激光器使用紫外電暈預(yù)電離方式,放電均勻、穩(wěn)定.自由振蕩情況下,激光脈沖輸出能量達(dá)到35mJ,輸出脈沖寬度為70ns。
(5)高功率連續(xù)CO2激光器：
針對(duì)直升飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片采用連續(xù)激光熔覆出現(xiàn)裂紋及葉片變形的問題,在5kW連續(xù)橫流CO2激光器上,采用新的電源控制方案,通過軟件及相關(guān)控制,實(shí)現(xiàn)了脈沖激光功率輸出.克服了采用高功率開關(guān)電源帶來的成本和穩(wěn)定性問題.且脈沖調(diào)制頻率可達(dá)到5Hz,調(diào)制占空比可達(dá)到5%～100%.當(dāng)采用4kW峰值功率,4Hz脈沖重復(fù)頻率,占空比為20%時(shí),在發(fā)動(dòng)機(jī)葉片K403合會(huì)表面進(jìn)行合金粉末StelliteX-40的熔覆實(shí)驗(yàn).結(jié)果表明,熔覆后熱影響區(qū)比連續(xù)激光減少50%,硬度提高5%,界面結(jié)合性能與母材相當(dāng),無(wú)熔覆裂紋及葉片變形。
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