二氧化碳激光器的應(yīng)用及未來發(fā)展方向,；

二氧化碳激光器作為重要的氣體激光器,，具有以下突出優(yōu)點(diǎn)：

一,、較大功率及較高能量轉(zhuǎn)換效率,。

閉管二氧化碳激光器幾十瓦的連續(xù)輸出功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其他氣體激光器，橫向流動(dòng)式的電激勵(lì)二氧化碳激光器則更有幾十萬(wàn)瓦的連續(xù)輸出,。此外橫向大氣壓二氧化碳激光器,，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,。二氧化碳激光器的能量轉(zhuǎn)換效率可達(dá)30～40%,，這也超過了一般的氣體激光器,。

二、二氧化碳激光器是利用二氧化碳分子的振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)間的躍遷的,，有較豐富的譜線,，在10μm附近有幾十條譜線的激光輸出。近年來發(fā)現(xiàn)的高氣壓二氧化碳激光器,，甚至可做到從9～10μm間連續(xù)可調(diào)諧的輸出,。

三、二氧化碳激光器的輸出波段正好是大氣窗口（即大氣對(duì)這個(gè)波長(zhǎng)的透明度較高）,。

除以上優(yōu)點(diǎn)之外,，二氧化碳激光器也具有輸出光束的光學(xué)質(zhì)量高，相干性好,，線寬窄,，工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。因此它在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防上應(yīng)用相對(duì)廣泛,，如應(yīng)用于加工(焊接,、切割、打孔等),，通訊,、雷達(dá)、化學(xué)分析,，激光誘發(fā)化學(xué)反應(yīng),，外科手術(shù)等方面。

未來的二氧化碳激光器將朝著以下幾個(gè)方向發(fā)展：

1,、高功率橫流二氧化碳激光器

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,。與現(xiàn)有技術(shù)相比，高功率二氧化碳激光器具有結(jié)構(gòu)緊湊,、安裝調(diào)試和維修方便,、工作效率高、整機(jī)體積小的特點(diǎn),。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；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)Q二氧化碳激光器

聲光調(diào)Q二氧化碳激光器主要是為滿足激光測(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。

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),。可實(shí)現(xiàn)小型二氧化碳激光器的高重頻,、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)二氧化碳激光器

為了使二氧化碳激光器在工業(yè)加工及軍事上得到更廣泛的應(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)二氧化碳激光器，可連續(xù)輸出或在不高于20kHz調(diào)制頻率下脈沖輸出,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TEA二氧化碳激光器

新型便攜式TEA二氧化碳激光器是一種新型便攜式橫向激勵(lì)大氣壓二氧化碳激光器，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,。高振蕩情況下，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)二氧化碳激光器

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)橫流二氧化碳激光器上,，采用新的電源控制方案，通過軟件及相關(guān)控制,，實(shí)現(xiàn)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,。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)，無熔覆裂紋及葉片變形,。

自激光科技發(fā)展以來,， 科技計(jì)劃對(duì)軸流二氧化碳激光器和橫流二氧化碳激光器做了大量消化吸收工作。中,、美,、日、俄研發(fā)的橫流二氧化碳激光器,，成本低,，功率大，但光束質(zhì)量相對(duì)較差,，主要應(yīng)用于再制造和熱處理,。由德國(guó)開發(fā)的軸流二氧化碳激光器由于光束質(zhì)量好，繼而被廣泛應(yīng)用于激光焊接和切割,。但軸流二氧化碳激光器造價(jià)高,、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)費(fèi)高、運(yùn)行費(fèi)高,，中小企業(yè)難以接受,，導(dǎo)致其在推廣應(yīng)用方面進(jìn)展緩慢，這也造就了軸流二氧化碳激光器不會(huì)是我國(guó)二氧化碳激光器發(fā)展方向,。