高功率CO2激光切割加工激光器的技術(shù)要求1.工作氣體快速冷卻二氧化碳激光切割加工激光器的電光轉(zhuǎn)換效率是很高的，一般在10%~20%范圍內(nèi)。其余的放電功率通過(guò)電子與氣體粒子的彈性碰撞使氣體加熱，溫度升高，對(duì)于高功率激光器來(lái)說(shuō)，氣體溫度升高更快。當(dāng)工作氣壓溫度達(dá)到300℃時(shí)，二氧化碳激光器的激光上、下能級(jí)因不存在粒子反轉(zhuǎn)，所以無(wú)激光輸出。實(shí)際情況是氣體溫度大于150℃時(shí)，電光轉(zhuǎn)換效率已明顯下降。為此，要求激光切割加工器件具備能快速、有效地帶走放電區(qū)氣體的熱量的能力。
現(xiàn)在常用的有兩種方法：（1）氣體快速對(duì)流冷卻采用激光風(fēng)機(jī)和熱交換器使冷卻過(guò)的工作氣體快速替代加熱過(guò)的工作氣體。冷卻效應(yīng)取決于氣體的質(zhì)量流量。質(zhì)量流量為1g/s，能獲得（120~150）W激光功率。工業(yè)用軸快流和橫流二氧化碳激光器激光切割加工都采用該技術(shù)（2）擴(kuò)散傳導(dǎo)冷卻普通低功率二氧化碳激光器都采用這種冷卻方法。氣體的熱量靠熱傳導(dǎo)由氣體傳給管壁，再由管壁傳導(dǎo)給外層冷卻水（或冷卻油）以帶走熱量。由于工作氣體的熱傳導(dǎo)率較低此冷卻效果較差。普通管狀二氧化碳激光器每米放電長(zhǎng)度的激光輸出功率最高約（50-80）W/m。最近幾年，提高激光功率的方法從“長(zhǎng)度放大”概念轉(zhuǎn)變?yōu)椤懊娣e放大”的概念。
大面積小極間距離均勻放電技術(shù)獲得突破熱量擴(kuò)散到大面積金屬電極上從而使放電區(qū)氣體快速冷卻效果很好。近期發(fā)展的高功率“板條”二氧化碳激光器已在工業(yè)中獲得應(yīng)用。大體積放電的均勻性和穩(wěn)定性高功率氣體放電中的電流電壓、氣體溫度都較高輝光放電正柱區(qū)的熱不穩(wěn)定性和電弧收縮等現(xiàn)象較嚴(yán)重。如何保證大體積輝光放電的均勻性和穩(wěn)定性是高功率二氧化碳激光器的關(guān)鍵技術(shù)之一。常用的技術(shù)有把大體積的放電區(qū)分成許多小的放電區(qū)分別加以控制。在橫流二氧化碳激光器中常把陰極或陽(yáng)極分成許多分電極；在軸快流二氧化碳激光器中常用許多段放電區(qū)串接的方法2）氣體快速流動(dòng)不穩(wěn)定的擾動(dòng)因素及時(shí)帶出放電區(qū)。增加湍流以增加放電的均勻性增加預(yù)電離或外界電離源以增加放電的均勻性3.放電激勵(lì)技術(shù)多樣化除原有的直流放電（DC放電）激勵(lì)技術(shù)外，今年發(fā)展了多種新的激勵(lì)技術(shù)，它們是交流放電（AC放電），5~100kHz；射頻放電（RF放電），10kHz~100MHz；微波放電用得最多是DC放電和RF放電。4.優(yōu)良的光束質(zhì)量光切割焊接等應(yīng)用要求有優(yōu)良的光束質(zhì)量，特別是聚焦后的光束愈細(xì)愈好。在高功率激光器中，二氧化碳激光器是光束最好的一種。國(guó)際通用的質(zhì)量光束的系數(shù)稱(chēng)為T(mén)DL（ Times Diffraction Limited（TDU）raio）。其定義為實(shí)際發(fā)散角與理想的極限發(fā)散角之比。
激光束在傳輸上有一個(gè)最小東腰處，其束腰直徑為D，遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角與D之間的近似簡(jiǎn)單關(guān)系為≈A/Do式中，A為波長(zhǎng)。理想的光束質(zhì)量，即基模（TEM模）或高斯光束分布，D有最小值，θ是極限發(fā)散角。實(shí)際測(cè)量的發(fā)散角因光束畸變或有較高次模而大于極限發(fā)散角。因此TDL≥1.光束質(zhì)量的其他方式還有TDL=M=Q=l/K（1-21）國(guó)外已研制成標(biāo)準(zhǔn)的M2測(cè)試儀。商品化的高功率激光器都必須給出M2值（或TDL值）。常用的高功率千瓦級(jí)二氧化碳激光器的TDL值在1~3之間。實(shí)際報(bào)道的最好值為M2=k.2.衡量光束質(zhì)量的另一重要指標(biāo)是光束聚焦后光點(diǎn)的空間和時(shí)間的穩(wěn)定性。它要求激光束的模式和功率長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定。常用二氧化碳激光器的光束穩(wěn)定度≤0.2mrad要獲得好的光束質(zhì)量，在諧振腔設(shè)計(jì)上應(yīng)該做到基模或低階模的輸出，同時(shí)氣體的折射率和增益分布是軸對(duì)稱(chēng)（或圓對(duì)稱(chēng)的）。在外光路上也可用圓偏振鏡以提高光束的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)性。優(yōu)良的紅外光學(xué)元件在高功率狀態(tài)下激光晶體輸出窗口和全反射鏡的熱畸變和熱破壞常是限制激光功率提高和光束質(zhì)量改善的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。如何提高全反射的反射率，減小膜層的光吸收，基材的選用和冷卻、拋光、超精車(chē)等工藝問(wèn)題也是很重要的。既能連續(xù)輸出又能脈沖輸出不同材料、不同路徑的激光切割、焊接表面處理，往往要求激光束隨時(shí)改變工作方式，有時(shí)要求連續(xù)輸出，有時(shí)要求脈沖輸出波形。
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