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二氧化碳激光器
閱讀�4795�(shí)間:2017-08-29 15:28:08

    二氧化碳激光器,可稱“隱身人�,因?yàn)樗l(fā)出的激光波長為10.6 微米,“身”處紅外區(qū),肉眼不能覺�,它的工作方式有連續(xù)、脈沖兩種。連續(xù)方式�(chǎn)生的激光功率可�(dá)20 千瓦以上。脈沖方式產(chǎn)生波�10.6 微米的激光也是最�(qiáng)大的一種激光。人們已用它來“打”出原子核中的中�。二氧化碳激光器的出�(xiàn)是激光發(fā)展中的重大�(jìn)�,也是光武器和核聚變研究中的重大成果。最普通的二氧化碳激光器是一支長1 米左右的放電�。它�(chǎn)生的激光是看不見的,在磚上足以把磚頭燒到發(fā)出耀眼的白光。二氧化碳激光于1964年首次運(yùn)用其波長�10.6μm�

概述

    �?yàn)檫@是一種非常有效率的激光,作為商業(yè)模型來說其轉(zhuǎn)換效率達(dá)�10%,所以二氧化碳激光廣泛用于激光切割,焊接,鉆孔和表面處理。作為商�(yè)�(yīng)用激光可�(dá)45千瓦,這是目前最�(qiáng)的物�(zhì)處理激��

原理

    二氧化碳激光是一種分子激�。主要的物質(zhì)是二氧化碳分�。它可以表現(xiàn)多種能量狀�(tài)這要視其震動(dòng)和旋�(zhuǎn)的形�(tài)而定?;镜哪芰烤W(wǎng)狀見圖1。二氧化碳里的混合氣體是由于電子釋放而造成的低壓氣體(通常30-50托)形成的等離子(電漿)。如麥克斯韋-波爾茲曼分布定律所說,在等離子里,分子呈現(xiàn)多種興奮狀�(tài)。一些會(huì)呈現(xiàn)高能�(tài)�00o1)其表現(xiàn)為不�(duì)稱擺�(dòng)狀�(tài)。當(dāng)與空心墻碰撞或者自然散�(fā),這種分子也會(huì)偶然的丟失能�。通過自然散發(fā)這種高能狀�(tài)�(huì)下降到對(duì)稱擺�(dòng)形態(tài)(10o0)以及放射出可能傳播到任何方向的光子(一種波�10.6μm的光束)。偶然的,這種光子的一種會(huì)沿著光軸的腔向下傳播也將在共鳴鏡里擺�(dòng)�
    二氧化碳激光器是以CO2氣體作為工作物質(zhì)的氣體激光器。放電管通常是由玻璃或石英材料制�,里面充以CO2氣體和其他輔助氣體(主要是氦氣和�?dú)?,一般還有少量的氫或氙氣�;電極一般是鎳制空心圓筒;諧振腔的一端是鍍金的全反射�,另一端是用鍺或砷化鎵磨制的部分反射鏡。當(dāng)在電極上加高電壓(一般是直流的或低頻交流的),放電管中產(chǎn)生輝光放電,鍺鏡一端就有激光輸�,其波長�10.6微米附近的中紅外波段;一般較好的管子。一米長左右的放電區(qū)可得到連續(xù)輸出功率40�60�。CO2激光器是一種比較重要的氣體激光器。這是�?yàn)樗哂幸恍┍容^突出的優(yōu)�(diǎn)�
   
    它有比較大的功率和比較高的能量轉(zhuǎn)換效�。一般的閉管CO2激光器可有幾十瓦的連續(xù)輸出功率,這遠(yuǎn)�(yuǎn)超過了其他的氣體激光器,橫向流�(dòng)式的電激�(lì)CO2激光器則可有幾十萬瓦的連續(xù)輸出。此外橫向大氣壓CO2激光器,從脈沖輸出的能量和功率上也都達(dá)到了較高水平,可與固體激光器媲美。CO2激光器的能量轉(zhuǎn)換效率可�(dá)30�40%,這也超過了一般的氣體激光器�
    第二
    它是利用CO2分子的振�(dòng)-�(zhuǎn)�(dòng)能級(jí)間的躍遷�,有比較豐富的譜線,�10微米附近有幾十條譜線的激光輸�。近年來�(fā)�(xiàn)的高氣壓CO2激光器,甚至可做到�9�10微米間連續(xù)可調(diào)諧的輸出�
    第三
    它的輸出波段正好是大氣窗口(即大氣對(duì)這�(gè)波長的透過率較高)。除此之�,它也具有輸出光束的光學(xué)�(zhì)量高,相干性好,線寬窄,工作穩(wěn)定等�(yōu)�(diǎn)。因此它在國民經(jīng)�(jì)和國防上都有許多�(yīng)�,如�(yīng)用于加工(焊�、切�、打孔等�,通訊、雷�(dá)、化�(xué)分析,激光誘�(fā)化學(xué)反應(yīng),外科手�(shù)等方��

軍事�(yīng)�

    �(yīng)用CO2激光相干成像雷�(dá)�(jìn)行機(jī)載反坦克�(dǎo)彈的精確制導(dǎo)的研�,是1977年由麻省理工�(xué)院的林肯�(shí)�(yàn)室開始的,實(shí)�(yàn)室于1981年研制成功并�(jìn)行了演示試驗(yàn)。早�20世紀(jì)70年代�,美國國防先�(jìn)技�(shù)研究�(jì)劃局(Defence Advanced Research Projects Agency)就決定把CO2激光相干成像雷�(dá)作為第二代巡航導(dǎo)彈制�(dǎo)系統(tǒng)的主攻方�,現(xiàn)已到了技�(shù)基本成熟階段。DARPA和美國空軍航空系�(tǒng)分部主持的巡航導(dǎo)彈先�(jìn)制導(dǎo)(CMAG,Cruise Missile Advanced Guidence)預(yù)研計(jì)��1977~1989年完成了研究�(jì)劃,并完成了飛行演示�(shí)�(yàn),�(jìn)一步研制了CO2激光主�(dòng)成像雷達(dá)�(dǎo)引頭工程樣機(jī)。目前CMAG技�(shù)已應(yīng)用在空中�(fā)射的先�(jìn)�(zhàn)略巡航導(dǎo)彈AGM-129A�,使其目�(biāo)精度由原來的40m提高�3m,提高一�(gè)�(shù)量級(jí)。美國前麥·道公司為空軍研制的一種全天候CO2激光相干成像雷�(dá),于1988年�(jìn)行了樣機(jī)演示,預(yù)�(jì)裝在�(zhàn)斧(Tomahawk)改型巡航導(dǎo)彈上�

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