各种典型激光器原理全演示文稿.pptVIP

第二节 气体激光器 在这类激光器中，放电电流密度和气体压强均有一位输出功率最大的最佳值。电流度增加时激光上能级激发速率增加，但由此造成的气体温度的升高又会增加下能级集居数，因而存在一最佳电流值。同样，气体压强增高时一方面由于气体分子密度增加使反转集居数随之增加，另一方面，气体分子间更加频繁的碰撞又阻碍了热量向管壁的扩散，从而导致气体温度升高。实验表明，电流密度与压强的最佳值大致与放电管径成反比。在最佳放电条件下，激光器的输出功率约为(50一60)w／m。 2 、封离型CO2 激光器 所谓封离型是指工作气体与He-Ne激光器一样被封离在放电管内。这种结构的器件单位放电长度可输出的功率比流动型或气动型器件要低得多,一般输出功率都低于200W。 现在是62页\一共有96页\编辑于星期五 第二节 气体激光器 冷却 回气 放电 谐振腔 现在是63页\一共有96页\编辑于星期五 第二节 气体激光器 3．纵向快流CO2激光器 在纵向慢流激光器中．放电产生的热量主要靠气体的扩散运动传给管壁，再由沿管壁外表而流动的冷却液带走。由于这种散热方式效率较低，电流密度和压强不能太大，因此限制了输出功率。 如果提高气体流动速度(约50m／s)，使放电管内的热气流流出管外，在管外冷却后再返回放电管，则不再存在放电电流密度的最佳值，输出功率随放电电流密度线性增加。单位长度输出功率可达1kW／m以上。目前，(1—3)kw的纵向快流CO2激光器已广泛用于激光加工。与大功率的横向流动激光器相比，纵向快流c02激光器中放电电流密度分布的圆对称性较好，因此具有更好的光束质量。 现在是64页\一共有96页\编辑于星期五 第二节 气体激光器 现在是65页\一共有96页\编辑于星期五 第二节 气体激光器 4．横向流动CO2激光器 纵向快流Co2激光器需要很高的气体流速才能及时将热气体导出。若使气体流动方向与光轴垂直，由于气体通道截面大，气体流动路径短，因此较低的流速就能达到纵向快流同样的冷却效果。 和纵向快流CO2激光器一样，在横向流动CO2激光器中，输出功率的电流饱和效应不明显。最佳气体压强高达1.3X104Pa。高压强运转有利于提高输出功率，但频繁的碰撞使电子温度降低，必须在强电场中才能维持足够高的电子温度。因此，在横向流动CO2激光器中，纵向放电不切实际，通常采用电场与光轴垂直的横向放电方式。采用横向放电方式的激光器称作TE激光器。此类激光器中单位长度输出功率可达每米数千瓦，总输出功率已高达(1—20)kw。 现在是66页\一共有96页\编辑于星期五 第二节 气体激光器 5横向激励大气压CO2激光器 高气压横向激励激光器中，压强过高会导致放电不稳定。为此，常常采用脉冲放电激励方式。由于快速脉冲放电时放电不稳定过程来不及充分发展，因此气体压强可增高至大气压或高于大气压。由于压强高，横向激励大气压激光器(简称TEA激光器)单位体积输出能量可高达(10—50)J/L，总能量和峰值功率可分别高达10KJ和20TW。 在数个大气压的高气压情况下，由于压力加宽效应引起转动能级的重叠，出现准连续 宽带增益谱，可导致波长在(9.2—10.7)um范围内的连续可调激光输出。 现在是67页\一共有96页\编辑于星期五 第二节 气体激光器 6．气动CO2激光器 气动CO2激光器采用热泵浦方式。含有CO2的混合气体在容器内燃烧以形成高温高压状态，由于温度很高，CO2的激光上、下能级均具有较高的集居数密度。混合气体通过喷管绝热膨胀时气体温度急剧下降，但由于上能级的寿命较下能级长，集居数密度减少的速度较下能级慢，于是在膨胀区的相当大的范围内可形成集居数反转状态。气动CO2激光器的输出功率可达80kw。 现在是68页\一共有96页\编辑于星期五 第二节 气体激光器 1、He-Ne激光器的基本结构 He-Ne激光器的基本结构由激光管和电源两部分组成,其中,激光管主要包括放电管、电极和谐振腔三部分,放电管是He-Ne激光器的核心。放电管通常由毛细管和储气室构成。当在电极上施加高压后,毛细管中的气体开始放电,使氖原子产生粒子数反转。气体放电仅在毛细管中进行, 储气室的作用是维持毛细管内He、Ne气体的比例及总气压,以延长器件的寿命。放电管一般采用GG17玻璃,要求输出功率和频率稳定性好的器件可采用热胀系数小的石英玻璃。 现在是30页\一共有96页\编辑于星期五 第二节 气体激光器 He-Ne激光管的电极分为阳极和阴极。阳极一般采用钨棒,阴极多采用电子发射率高而溅射率小的铝及其合金这类冷阴极材料。为增加电子发射面积,减小阴极溅射,阴极通常做成圆筒状,再用钨棒引至管外。 He-Ne激光器因为增益低,谐振腔一般采用平凹腔。平面镜为输出反射镜,透过率约1%～2%