高功率TEA CO2激光器的光学谐振腔

根据TEA CO2激光器工作的实际情况,以高功率激光器的光束发散角、模体积、模式结构和输出功率为依据,设计了几组不同曲率半径的全反射镜和不同透射率的输出反射镜,并对激光工作物质的不同总气压和分气压进行实验研究.结果表明,经优化设计各项参数,TEA CO2激光器可达到数千瓦的高功率激光输出,并将激光光束发散角控制在最小范围.

CO2激光喷码机使用中的问题及解决措施

对CO2激光喷码机进行研究,对其在使用中遇到的典型问题进行分析并找出故障的原因,制定切实可行的解决措施。对CO2激光喷码机扩束镜固定机构的设计、安装调试中配套护栏的选择,设备使用中常见故障的分析与解决等具有借鉴意义。

双光束激光焊接的试验研究

双光束激光焊接因其良好的过程稳定性和低的气孔率已经成为激光焊接的一个研究方向,本实验以45号钢为材料研究了成一定角度的CO2激光双光束的焊接特性。通过观察焊缝外貌形态和截面形状,研究焦斑间距和其他工艺参数对一定角度的双光束焊接的影响。

激光重频对脉冲非稳腔TEA CO_2激光远场传输特性的影响分析

为了研究TEA CO2激光重复频率对远场光束特性的影响,首先采用有限元方法计算了不同重复频率下反射镜的温度场和热变形分布,然后采用协方差矩阵法对镜面热变形进行了Zernike拟合,最后结合衍射的角谱传播理论和功率谱反演法分析了不同重频TEA CO2激光经过内光路热畸变作用后的远场光束特性。研究表明:在净吸收能量相同的情况下,随着重复频率的增大,反射镜的温度逐渐升高,热变形量逐渐增大,经过内光路热畸变作用后,远场光束的Sr和平均能量密度Ed逐渐减小,β参数逐渐增大,光束质量逐渐变差;对于TEA CO2激光,重频为300 Hz的Ed值仅为10 Hz的40%,远场光束的峰值光强下降了43%,光斑展宽了近60%。文中的研究结果为TEA CO2激光发射系统的优化设计提供可靠的依据。

大功率Slab CO_2激光器光束质量的测量

为了充分了解SlabCO2激光器的光束质量,采用LASERSCOPEUFF100光束光斑质量检测仪对SlabCO2激光器的光束质量进行了全面的测量研究.从激光束通过飞行光学导光系统(flyingoptits)前后的光束质量测量、聚焦后光斑的质量测量以及焦点漂移4个方面全面考察了SlabCO2激光器的光束质量.测量结果表明:SlabCO2激光器的光束质量因子M2约为1.1,光束横截面的强度分布接近基模高斯分布;激光束经过长距离的导光系统传输后仍能保持光束横截面的强度分布,采用焦距为190.5mm的聚焦镜,聚焦光斑的半径约83μm;在工作范围内(x:0-3m)的焦点漂移量约为1mm.

不锈钢薄壁T型接头的CO_2激光及CO_2激光-TIG复合焊接

在船舶、高速列车、航空航天工业中大量应用了焊接薄壁T型结构。激光焊接是该类结构最具潜力的连接技术。采用底板顶面施焊的布置方式,进行了不锈钢薄壁T型接头的CO2激光及CO2激光-TIG电弧复合焊接试验,研究了焊接工艺参数对剖口形状、焊缝成形及气孔形成倾向的影响规律。试验结果表明:单激光焊接时,采用优化的工艺参数可实现筋板完全熔合,焊趾过渡均匀、圆滑;但由于小孔瞬间失稳、塌陷形成的气孔难以克服。采用CO2激光-TIG电弧复合焊接能较好解决上述问题,可获得焊趾形状理想、无气孔缺陷的薄壁T型接头。

高功率TEA CO_2激光器非稳腔实验研究

为了提高光束质量、压缩光束发散角,利用现有高功率稳定腔TEA CO2激光器进行了非稳谐振腔的技术改造及激光输出试验,非稳谐振腔采用正分支虚共焦型非稳腔方案。为充分研究谐振腔结构参数及激光振荡模体积对输出能量和光束发散角的影响,共设计加工了包含4种放大率、5种模体积的20组非稳腔腔镜组合。在其它参数都相同的试验条件下,进行了非稳腔镜的单脉冲输出对比试验,得到的最大输出能量为14 J,是原平凹稳定腔的70%,而光束发散角只是原平凹稳定腔的1/4。

TEACO_2激光器涡流管同轴非稳腔光束质量

为改善TEA CO2同轴非稳腔激光器输出光束质量,采用涡流管低温气流冷却窗口及凸镜,实验实时测量了单脉冲平均能量18.3 J、在不同工作频率下及是否采用涡流管冷却情况下的光束模式,并计算出衍射极限倍数因子值。激光器工作频率3 Hz,连续运行300 s,没有涡流管冷却时衍射极限倍数因子值由3.52变化到6.94;采用涡流管冷却后,该值仅由3.50变化到3.88。

镀锌生产线中的CO_2激光焊机

针对镀锌生产线的特点,设计了镀锌生产线中CO2激光焊机的总体结构,主要由出(入)口单元和激光焊机设备单元组成。介绍了镀锌生产线CO2激光焊接原理及其CO2激光器的结构。研究了CO2激光焊机的光路系统,在带尾(带头)准备时,激光通过剪切头完成带尾(带头)的剪切。在焊接过程中,激光通过焊接头完成钢板的焊接。CO2激光焊机的伺服系统极其复杂,由14个伺服电机完成:激光架生产线方向移动、带钢间隙生产线方向调整、激光架过程梁方向移动、带钢手动对中调整、带钢入(出)口对中调整、压轮过程梁方向移动、剪切头竖直方向移动、焊接头竖直方向移动、带钢中性层调整。

连续CO_2激光对LY12铝合金靶的破坏效应研究

给出了较低功率密度（１０￣２～１０￣３Ｗ／ｃｍ￣２）、大光斑尺寸（２５～５０ｍｍ）的连续波ＣＯ＿２激光对ＬＹ１２铝合金板试件破坏的实验研究；测量了试件在自由状态和受预拉力作用两种情况下强激光作用的温度、应变及破坏时间等参数。结果表明激光与预加载荷的联合作用可对试件在表面不发生熔融和气化时产生明显的破坏。

大功率TEA CO_2激光远场发散角评估方法

在大功率激光远距离定向传输中,远场发散角是衡量其性能的一个重要参量。大功率TEA CO2激光具有功率高、光束直径大等特点,常规手段无法准确测量其远场发散角。为解决该难题,提出了一种利用激光光斑尺寸拟合分析法来评估大功率TEA CO2激光的远场发散角。首先,从理论上推导大Fresnel数多模高斯激光束远场发散角,分析了影响激光束发散角的主要因素;然后,采用光斑烧蚀法试验测量近场(≤20 m)光斑数据,基于光束质量(M2)因子理论拟合得出了激光光束质量和束腰大小,从而推导出激光束远场发散角;最后,对比分析了以上两种方法的计算结果,讨论了结果存在偏差的原因。结果表明,近场光斑数据拟合法可准确、便捷地测量大功率TEA CO2激光束远场发散角。

大功率CO_2混合模光束输出窗的热效应研究

为了解决大功率CO2激光器输出窗热效应问题,以解析分析为基础,研究了混合模式振荡下输出窗的温度场以及热形变分布情况。通过CO2激光器大功率运转时腔内振荡模分布特点的分析,给出了腔内混合模光束光强分布解析表达式。并依据输出窗工作特点分析,建立了热分析模型,利用热传导方程推导出了温度场的一般通解表达式,然后分析了腔内激光功率对输出窗温度场的影响。同时定量计算了不同材料输出窗的温度场以及热形变情况。研究结果表明:若CO2激光器腔内混合模光束功率为4500W,腰斑半径为450μm时,Zn Se窗的最高温升为53.9℃,最大热形变量为2.1μm。研究方法和所得结论具有普适性,可用于其他激光器腔内混合模式振荡状态下的热问题研究中。

5A02铝合金CO_2激光焊接头组织和力学性能分析

对2mm厚的5A02铝合金进行CO2激光焊接试验研究。分析激光焊缝成形和接头微观组织形态,测定了接头上表面和焊缝厚度方向上的维氏硬度,并对接头进行横向和纵向拉伸试验,用扫描电镜观察分析拉伸断口形貌。结果表明,激光功率和焊接速度合理匹配能够获得成形良好、无缺陷的焊缝,焊缝中部为等轴细晶,熔合线附近是柱状晶组织。焊缝各区域硬度高于母材,焊缝中部厚度方向上硬度基本相同,焊缝的平均屈服强度是母材的1.78倍,平均抗拉强度是母材的1.51倍。母材横向拉伸断口韧窝较深,为延性断裂;焊缝纵向拉伸断口韧窝较浅,具有延性和脆性断裂两种特征。

大功率TEA CO_2激光器非稳腔的设计与实验

为在不降低传统稳腔高功率TEA CO2激光器功率的基础上,改善其光束质量。本文基于原有的稳腔激光器,设计了3组望远镜虚共焦腔镜。给出了完整的设计过程并进行了理论分析,同时对不同组的非稳腔激光器进行了对比实验。结果表明,非稳腔能够在保证高单脉冲能量的基础上极大地改善激光器远场发散角,其中最佳腔镜组合能够获得单脉冲能量13.7J,发散角1mrad(稳腔为2.4mrad),激光脉宽50ns(稳腔为98ns)。改进的设计方案为TEA CO2激光器应用于激光制造领域奠定了基础。

转流二氧化碳激光器结构和增益计算

提出了一种新型的大功率转流二氧化碳激光器.该激光器采用了圆形金属腔结构、腔内转流的设计,具有体积小、造价低和光束质量好等特点.利用五能级近似模型和四阶龙格库塔法对腔内增益分布进行了理论计算,主要对腔内增益分布随风速、工作气压、气体配比和电极位置等关键影响因素的变化进行了讨论,且在协调各影响因素的条件下得到较理想的腔内增益分布.同时提出了一种四金属腔结构的优化方案.

旋流二氧化碳激光器腔内增益分布的改进

常用的工业二氧化碳激光器,主要为横流、纵流和扩散冷却三种。文章对作者提出的新型旋流二氧化碳激光器进行了简要介绍,重点研究了腔单元结构和电极结构变化对腔内增益分布状态的改进。依托该研究结果,发展出新型转流二氧化碳激光器实验样机,实现了基模700W输出,并进行了板材样品的精密切割实验。

TEA CO_2激光器输出平顶模按厄米-高斯模的展开

TEA CO2激光器输出光束的能量密度分布一般为平顶型分布.为了给研究和分析TEACO2激光器输出光束提供一种新的处理方法,采用FGB理论,对实验测量的一台TEA CO2激光器输出的实际平顶型光斑的能量密度分布按厄米-高斯函数进行了展开.根据展开结果,对TEACO2激光器输出光束的空间分布特性进行了分析与讨论.初步证实了TEA CO2激光器输出光束的能量密度分布可以按厄米-高斯函数展开.

约束放电激励型高功率CO_2激光器折叠腔研究

叙述了一种用于约束放电激励型高功率ＣＯ＿２激光器的七折谐振腔，讨论了腔的不同参数对输出功率影响、分析了模式特性，选择了合适的腔参数。应用该腔的激光器，其基模状态下，稳定输出功率为１．０９ｋＷ、光束发散角０．５ｍｒａｄ（全角），十分接近其衍射极限，其电光转换效率为１３．４％。

CO_2激光器失调运行时的近场分析

针对三维轴对称折叠组合腔CO2激光器在失调运行时的近场特性进行分析。对非相干和相干并和的输出进行比较,为失调的CO2激光器的分析和调整提供了一种有效手段。

高功率CO_2激光器输出光束模式稳定性的研究

本文描述了横流CO_2激光器输出光束模式稳定性的影响因素,报导了采用8803型复合催化剂前后2kW CO_2激光器输出光束模式图样。