华中科技大学 光学与电子信息学院, 武汉 430074
为了提高轴快流CO2激光器换热器设计的灵活性、缩短研发周期、降低成本, 采用计算流体动力学方法对换热器内部流场和热交换过程进行了分析。根据分析结果设计出流阻为154.5Pa、换热量为8888.5W的换热器。由4kW轴快流CO2激光器的运行试验证明, 采用计算流体动力学法设计的换热器满足激光器的运行需求。结果表明, 计算流体动力学法是一种精确、高效的轴快流CO2激光器换热器的设计方法。
激光技术 换热器 计算流体力学 轴快流CO2激光器 laser technique heat exchanger computational fluid dynamic fast axial flow CO2 laser
华中科技大学 激光加工国家工程研究中心, 湖北 武汉 430074
针对高功率射频激励轴快流CO2激光器的射频匹配问题作了实验研究, 采用L型匹配网络, 对多段并联放电管进行射频匹配实验。在输出激光功率达10kW时, 实现了均匀稳定的射频放电, 反射率可以控制在2%以内。研究了匹配网络参数不变时, 射频电源不同调制模式对反射率的影响。实验研究表明, 脉冲宽度调制模式的稳定度要明显高于振幅调制模式。
射频匹配 L型匹配网络 轴快流CO2激光器 脉宽调制 RF matching L type matching network fast axial flow CO2 laser PWM
华中科技大学光电子科学与工程学院 激光加工国家工程研究中心, 湖北 武汉 430074
为将高功率轴快流CO2激光器放电过程中产生的大量热量带走, 保持放电区气体温度接近常温, 更利于激光器稳定运行, 对于气体循环系统的优化设计至关重要。先就其气体循环系统组成及重要性进行阐述, 后对其各个组成方面的研究发展进行综述, 并对已有的模型建立以及数值模拟的发展进行综述, 并运用计算流体动力学方法对气体流场进行数值模拟, 通过对模拟结果分析得到对气体循环系统进行优化设计的方向, 最后对课题组已经进行的一些工作进行阐述。
高功率轴快流CO2激光器 气体循环系统 放电稳定性 流体动力学方法 high power fast axial flow CO2 laser gas circulation system discharge stability computational fluid dynamics method
华中科技大学 光电子科学与工程学院 激光加工国家工程研究中心，武汉 430074
为了深入了解高功率轴快流CO2激光器放电管结构和内部流场对激光器工作性能的影响，得到更均匀稳定的辉光放电，采取对放电管内部工作气体的流动状态分别进行数值模拟和实验的方法，得到了关于放电等离子体的流场分布数据，数值模拟结果和实验结果一致，并对不同结构的管内的流场和放电表现进行了比较和分析，设计了一种新结构的放电管。结果表明，放电管内的流场特性影响着辉光放电的均匀性和稳定性，新设计的放电管内能得到更均匀的辉光放电，但还需进一步优化。
激光器 CO2激光器 轴快流 放电管 流场 数值模拟 lasers CO2 laser fast-axial-flow discharge tube flow field numerical simulation
华中科技大学 光电子科学与工程学院激光加工国家工程研究中心，武汉 430074
综述了国内外高功率轴快流CO2激光器数值模拟的研究进展。分别从理论方程、计算方法、计算结果3方面对已有的数值模拟进行了比较和分析，重点探讨了理论模型的组成形式、物理意义和近似条件，分析了不同计算方法的优缺点，列举了不同计算结果得出的激光器性能和参量之间的关系。最新结果表明，轴快流量激光器的性能和输出与放电管的结构，电极结构，管内的温度场、速度场、压力场和湍流状态等参量分布都有关。依据轴快流CO2激光器和计算机技术的发展，提出了轴快流CO2激光器数的数值模拟未来需要改进的方向，进而对基于新的计算平台的数值模拟结果在激光器的优化和设计方面的应用前景进行了展望。
激光器 模拟 数值计算 轴快流 lasers modeling numerical simulation CO2 CO2 fast-axial-flow
华中科技大学 光电子科学与工程学院,武汉 430074
为了提高高功率轴快流CO2激光器的稳定性和智能化程度,以满足激光加工的需要,采用可编程逻辑控制器和尾镜取样功率稳定技术,研制出了以西门子可编程逻辑控制器为核心的高功率轴快流CO2激光器控制系统,并在4kW轴快流CO2激光器上进行了实验验证,取得了气压稳定度、功率稳定度、放电波形以及激光模式等实验数据,气压波动小于±50Pa,功率稳定度达到±0.1%,并可实现连续、脉冲、超脉冲放电。结果表明,该套控制系统可以满足高功率轴快流CO2激光器的控制需求,提高了高功率轴快流CO2激光器的稳定性和智能化程度。
激光器 轴快流CO2激光器 控制系统 可编程逻辑控制器 尾镜取样 lasers fast axial flow CO2 laser control system programmable logic controller sampling from rear mirror
1 华中科技大学激光加工国家工程研究中心， 湖北 武汉 430074
2 Convergent Prima, Inc. 1 Picker Road Sturbridge, MA 01566
可编程序逻辑控制器应用于3500 W轴快流CO2激光器有着良好的实用性.其中着重研究了气压和功率等模拟量的控制程序,根据国际标准IEC1130所编写的程序更进一步提高了系统的整体功能和实用性.
针对研制的千瓦级快速轴流高功率CO2激光器的内部循环热交换工作过程,建立了热量的平衡方程;针对激光器工作的特点,比较分析了几类热交换器的
热平衡 快速轴流 CO2激光器
从能量守恒定律出发，分析了快速轴向流动激光器放电管中的传热情况。采用微元分析法建立了快速轴向流动激光器放电管的热能平衡方程。根据实际器件放电管的工作气体流场，进行了合理的数学物理处理，并应用热传导的物理边界条件，求出了热能平衡方程的解析解，得出了实际器件放电管横截面内的工作气体温度分布公式及温度分布曲线。
温度分布 快速轴向流动 激光放电管
本文探讨了射频(RF)激励快轴流CO2激光器单源多极激励的串行系统,给出了系统的均压设计方法和系统频率负载特性。
射频 快轴流
