1 河北省激光研究所, 石家庄 050081
2 河北普莱斯曼金刚石科技有限公司, 石家庄 050081
3 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200080
本文研究制备了可应用于高功率CO2激光器的CVD金刚石窗口。首先使用环形天线-椭球谐振腔式MPCVD装置沉积制备直径2英寸(1英寸=2.54 cm)金刚石自支撑膜, 然后将膜片双面抛光, 激光切割成矩形基片, 再采用蒸镀法在基片表面制备中心波长在10.6 μm的增透膜, 最终制备得到金刚石光学窗口。采用傅里叶红外透射谱、热导仪、爆破试验台测试了金刚石基片镀膜前后的红外透过率、热导率和爆破强度。利用自行搭建的光学平台, 测试了CVD金刚石基片增透膜能承受的激光功率密度。结果显示CVD金刚石基片在10.6 μm处的透过率为70.9%, 利用光谱计算的吸收系数为0.06 cm-1, 热导率＞19.5 W/(cm·K), 爆破强度＞5.62 MPa, 镀膜后的透过率为99.2%, 增透膜可承受的激光功率密度＞995 W/mm2。
CVD金刚石 增透膜 光学窗口 高功率CO2激光器 CVD diamond antireflective coating optical window high power CO2 laser
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 光电对抗技术创新研究室, 吉林 长春 130033
2 激光与物质相互作用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
3 内蒙古化工职业学院 机电系, 内蒙古 呼和浩特 010070
为了研究大功率CO2激光发射过程中输出窗口吸收激光能量产生热性能变化的问题, 建立了输出窗口传热学和结构力学耦合非稳态模型, 通过对模型进行有限元分析得到表征输出窗口变化的温度、热变形和热应力等参数分布。首先, 针对大功率CO2激光特点, 讨论了输出窗口材料GaAs和ZnSe的物理特性。然后, 基于10 kW级大功率CO2激光器光学谐振腔结构和输出窗口材料物理特性, 建立了输出窗口传热学和结构力学的有限元模型。最后, 利用COMSOL软件对该模型进行求解, 得到以GaAs和ZnSe为材料的输出窗口的温度、热变形和热应力等参数分布, 并对比分析不同窗口材料对参数的影响。研究表明: 在10 kW级激光作用下, ZnSe窗口温升小于GaAs窗口; 两种输出窗口产生μm量级热变形; 由于GaAs材料的热导率高, GaAs窗口的热变形和热应力分布更为均匀。
大功率CO2激光 输出窗口 温度 热变形 热应力 high power CO2 laser output window temperature thermal deformation thermal stress 红外与激光工程
2017, 46(2): 0205005
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 太赫兹研究中心, 四川 绵阳 621900
3 四川大学 电子信息学院, 成都 610065
阐述了平行和楔形衬底复合型输出耦合镜(HOC)的反射率、透射率和损耗的计算方法，特别引入了品质因子进行损耗分析，可正确评价HOC质量的优劣。模拟了楔形衬底中楔角的变化对F-P效应调制的改善程度，楔角增大到0.3°时，HOC的透射率对波长和衬底厚度的微小变化不再敏感。楔形衬底使输出THz光斑在y方向上发生畸变，但0.3°楔角时输出光斑仍可保持较好的高斯形状。
光泵太赫兹激光器 大功率CO2激光泵浦 复合型输出耦合镜 楔形输出耦合镜 optically pumped THz laser high power CO2 laser pump hybrid output coupler wedged output coupler 强激光与粒子束
2015, 27(4): 043102
华中科技大学 光电子科学与工程学院,武汉 430074
为了解决高功率轴快流CO2激光器设计中的主要问题——清除激活区热量,采用对流冷却的方法,分析了高功率轴快流CO2激光器的内部循环热交换过程,建立了热量的平衡方程;同时针对高功率激光器热负荷量大、总体结构受限、风机特定的工作特点,分析比较各类换热器的换热特性并最终选择结构紧凑、换热系数高、流阻小的矩形翅片圆管束换热器作为激光器的散热部件,最后针对研制中的7kW轴快流CO2激光器进行了换热器的设计和换热计算,得到可以实现37.4kW的换热量的结果。结果表明,选用的换热器能满足所设计的轴快流CO2激光器的换热要求。
激光器 高功率CO2激光器 对流冷却 换热性能 换热器 lasers high power CO2 laser convective cooling heat exchange performance heat exchanger
1 浙江工业大学应用物理系,浙江 杭州 310023
2 浙江工业大学激光加工技术工程研究中心, 浙江 杭州 310023
用激光光束分析仪实时在线测量了一台连续运转的高功率横流CO2激光器的激光横模,获得了较为完整的激光横模随时间的变化关系。测量结果表明,激光输出由两个分离的、非对称的高阶横模叠加组成(“双模”),两横模中心相距约8 mm。形成“双模”的原因是串接式谐振腔的前腔和后腔两者的中心轴线不重合以及阴极铜管形变。横模随激光器运行时间的延长而逐步蜕化,呈更高阶和复杂化趋向。初步分析表明,横模的时间变化主要与激光器连续运转过程中腔内气体组分发生的变化有关。
激光技术 气体激光器 横模 测量 高功率CO2激光加工机 随时间变化 气体组分
华中科技大学光电子科学与工程学院, 湖北 武汉 430074
采用高功率横流CO2激光扫描钎料合金与金刚石颗粒。研究了激光工艺参数对钎焊层结合性能及金刚石热损伤的影响,分析了钎焊层与金刚石结合机制及金刚石颗粒在激光作用下的热损伤机制。研究结果表明,激光功率和扫描速度是影响金刚石热损伤及表面浸润的主要因素。在氩气保护下,粉末厚度为0.5 mm,激光光斑直径3 mm,功率为800 W,扫描速度为8.39 mm/s时,可获得金刚石颗粒、钎料合金、金属基体三者具有最佳结合性能的钎焊层。合金粉末对金刚石颗粒浸润良好,并发生冶金化学反应,生成TiC和SiC。当激光输入能量太高时,金刚石颗粒开始与外界的氧发生氧化反应,在自由能方程中的气体分压下,金刚石一直氧化,直到与氧化物处于平衡状态。这一过程表现为金刚石颗粒石墨化,逐步氧化烧损变成气体。
激光技术 高功率CO2激光 激光钎焊 金刚石颗粒 结合机制 热损伤
北京工业大学国家产学研激光技术中心, 北京 100022
根据大功率CO2混合模激光束横截面强度分布的变化规律,任选两个横截面的强度分布,采用数值迭代方法,精确计算出混合模传输的光学参数。
大功率CO2激光 混合模激光束 横截面强度分布 光束质量
国家产学研激光技术中心, 北京工业大学应用激光所 北京 100022
研究了激光加工用大功率CO2激光束在飞行光学导光系统中传输所产生的空气热透镜效应。 实验发现当飞行光学导光系统中的空气静止时将产生空气热透镜效应, 而充以一定压力的压缩空气却可以消除空气热透镜效应。 实验表明无热透镜效应时, 光束遵循高斯光束传输规律, 而有热透镜效应时, 光束偏离高斯光束的传输规律, 并影响到激光束聚焦焦点的大小和位置。 另外通过激光空气热透镜效应的非线性模型计算了热透镜效应所引起的光束传输相对高斯光束的偏离量, 理论计算和实验测量相吻合。 在此基础上提出了热透镜效应引起光束传输虚束腰和赝束腰的概念, 并指出应采用虚束腰来推导光束的传输与聚焦特性。
热透镜 大功率CO2激光加工 飞行光学导光系统
中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
本文给出了对高功率横流CO2激光器脉冲预电离过程的理论和实验研究.表明了预电离过程中光电离的重要作用.实验结果表明,脉冲预电离可增大高功率横流CO2.激光器的pd值(p为放电气压、d为放电间隔),增大放电区注入功率密度.对于提高此类型激光器的放电稳定性和输出激光功率是一种技术简单而有效的手段.
脉冲预电离 高功率横流CO2激光器
