千瓦级CO激光器的实验研究

大功率ＣＯ激光器是在发展中的新一代激光器，是近红外（５μｍ）波段的重要光源．采用三轴正交和Ｎ型折叠腔结构，研制出千瓦级ＣＯ激光器；最大激光输出功率１０９０Ｗ，电光转换效率１７％．报道了该激光器的实验装置和对激光器的各种气电参数的实验研究．

钻杆接头表面高功率CO_2激光硬化行为的研究

利用正交试验法研究了高功率ＣＯ２激光工艺参数对钻杆接头表面硬化效果的影响，利用显微硬度计测定了硬化层硬度的分布规律及组织特征，采用计算机回归处理分析得出了Ｐ、Ｄ、Ｖ、Ｅ对硬化层面积大小因子ｈ·ｂ影响的表达式。

高功率CO_2激光器输出窗热效应的研究

高功率CO2 激光器输出窗不可避免地要吸收谐振腔的激光能量 ,在其内部产生非均匀温度场的分布 ,并引起输出窗发生热形变。输出窗的热效应改变了CO2 激光器谐振腔的品质因数 ,影响激光器的稳定性和输出光束的质量。对于输出窗准确的温度场和热形变场研究是解决热透镜效应的关键。利用半解析方法对CO2 激光器在TEM0 0 工作模式下 ,输出窗的温度场及热形变量场进行研究。研究方法和所得结论具有普适性 ,可以应用到其它具有轴对称性热模型产生的温度场、热形变分析工作中。

高功率CO_2激光器高反膜红外耦合窗热形变的半解析方法的研究

为了有效地解决高功率CO2 激光器高反膜红外耦合窗吸收谐振腔内激光能量产生热效应问题 ,通过对红外耦合窗镀膜参数和工作特性分析 ,建立了红外耦合窗热模型。基于热传导方程和边界条件 ,利用半解析热分析方法得出当CO2 激光器具有理想的TEMoo模式输出时红外耦合窗的温度场和热形变的计算表达式 ,同时对影响红外耦合窗温度场分布的各种因素进行了讨论。研究结果与以往将谐振腔内振荡激光做均匀光强处理作了对比 ,不仅热模型更符合激光器系统 ,而且计算出温度场分布也更加准确。研究方法和结论还可以应用到其它具有轴对称性激光束模式产生的温度场。

微小型高功率CO_2气体激光器的新进展

简要介绍了 CO2 气体激光器、波导 CO2 激光器件微小型化的现状 ,着重介绍了自己研制的全金属环状波导管 CO2 激光器件 .该器件按增益体积整体缩放 ,扩散冷却型新技术、新概念 .并指出 ,该新技术、新概念将是今后气体 CO2 激光器微小型高功率化的最有效途径之一 .

高功率CO_2激光器谐振开关变换型电源的计算仿真

研究了高功率ＣＯ２激光器用零电流开关准谐振开关电源，讨论了电源的工作原理和电路结构，进行了激光电源的计算仿真研究，得到了谐振电路的工作波形，通过谐振开关方式与ＰＷＭ硬开关方式的比较，论述了零电流开关准谐振变换器的技术特点及优势。

大功率CO_2激光器脉冲电源研究

本文论述了直流高压与高频脉冲电源相叠加 ,构成高频、高压脉冲电源 ,并使其对CO2 激光器进行放电实验 。

千瓦级CO激光器电激励系统及放电特性研究

讨论了国内第一台千瓦级低温低阶模横向放电循环流动式ＣＯ激光器的电激励系统的设计，并对一些主要的放电特性进行了系统研究；研究了增益系数及其空间分布，研究了放电Ｅ／Ｎ值与激发速率常数之间的关系．给出了激光输出功率与时间的关系．在电激励系统的设计方面，采用了不同于国外的设计方案并进行了比较．采用了管板式电极及独立的强电场预电离系统．实验表明，这种设计具有工艺成熟、可靠性高等特点，为千瓦级激光器的研制成功创造了条件．

激光熔覆硬质合金WC－TiN－Co特性的研究

本文介绍大功率ＣＯ＿２激光束在４５钢表面涂敷ＷＣ－ＴｉＮ－Ｃｏ，进行了激光熔覆处理，对处理后样品的显微组织、物相、硬度分布和耐磨性能进行了测试和分析，结果表明：４５钢表面的化学成分和显微组织发生了根本性的变化，硬度和耐磨性得到了很大提高。

采用热电探测器对CO_2激光快速探测的新方法

针对大功率CO2 激光光束光斑质量诊断仪对大功率激光截面强度分布测量的要求 ,设计了一种新的光热电转换电路 ,得到了高增益的快速光热电转换 ,响应时间比常规方法短一个量级。满足了对大功率激光功率分布的检测。

千瓦级CO激光器实时测控系统研究

将ＤＯＳ内存驻留技术应用于实时测控系统中，较好地解决了实时测量与实时控制之间的矛盾．温度测量，采用高精度恒流源偏置下的铂电阻作为探测传感器．实验表明，铂电阻测温具有良好的线性及较强的抗电磁干扰的能力；但受其响应速度的限制，其测量值与实际值之间存在一定的滞后，分析表明，这一滞后效应，在激光器稳定运行时可以忽略，并可以将测量误差限制在１％以内．气体流速控制，采用微机控制高性能马达变频调速器实现对真空室中风机控制，进而达到调整气体流速的目的．此实时测控系统的研制，保证了激光器稳定、高效率的运行．

大功率CO激光器工作气体的在线检测及放电稳定性研究

采用负压采样专用气相色谱仪对大功率横流自持放电ＣＯ激光器的工作气体成分进行了在线检测．实验发现，随着激光器运行时间的增加，工作气体中Ｏ２和ＣＯ浓度的下降速度是１∶２的关系，说明放电过程中生成了ＣＯ２气体．同时对ＣＯ２浓度的检测指出，ＣＯ２浓度的增加严重影响了激光输出功率的提高．为此认为采用慢换气技术及增大液氮流量或安装ＣＯ２收集器这两项措施可有效减缓激光工作气体的劣化速度，延长激光器工作时间．最后，讨论了影响放电稳定性的原因，分析了温度、流场等的不均匀性对放电稳定性的影响．

高功率CO激光器窗口膜系优化设计

利用膜系设计软件TFCalc35,综合考虑膜系光学性能、驻波场、温度场、热应力场分布,通过调整膜系各层的厚度来调整膜系中电场峰值的位置,设计出了以ZnSe为基底,ZnSe与YF3作为高,低折射率膜料,具有较强激光破坏阈值的高功率CO激光器窗口膜系,窗口的一面反射率达95%,另一面则尽量增透,透过率达99.9%以上。

光束横截面能量分布的变化对激光焊接的影响

大功率CO2 混合模激光束在传输过程中 ,其光束横截面能量不再是高斯分布 ,是受附加相移的影响 ,在不同的传输距离 ,横截面能量分布呈规则变化。对于聚焦激光束 ,在焦点附近 ,由于横截面能量分布的不相同 ,传统的关于负离焦的焊接质量比正离焦好的观点将不再适用。而且在不同的加工位置 ,聚焦激光束的横截面能量分布也不相同 ,必然其加工质量也不相同 ,这样对于同一激光束 ,虽然其光束质量是一定的 ,但并不能获得相同的加工质量 ,因此采用光束质量来衡量激光焊接能力还不够充分 ,还应看光束横截面能量分布的精细结构。对于本文所研究的一种激光束 ,其模式含量TEM0 0约为 2 0 % ,TEM0 2约为 80 % ,在不同加工位置的聚焦光束的横截面能量分布将呈现“凹”形和“山”形两类 ,这两种横截面能量分布的焦斑对焊缝成形的影响是不相同的。试验研究表明 ,“凹”形焦斑焊接质量较差 ,而“山”形的焊接质量较好。

温度场监控下高功率半导体激光熔敷钴基合金涂层

采用3.5 kW半导体激光器在42CrMo4表面熔覆了钴基合金(Stellite 6)涂层,利用光学显微镜和显微硬度仪表征了涂层的微观组织和硬度分布,研究了监控熔覆过程中的熔池温度场对涂层的微观结构和显微硬度的影响。结果表明:基于熔池温度场拍摄并调整激光器输出功率的熔池大小闭环监控的工艺可实现对钴基合金涂层的稀释率以及结构与性能的调控;当送粉量为22.6 g/min、熔覆速率为1 m/min时,基于熔池温度场监控的工艺调整实现了近零稀释率的钴基合金涂层的熔覆,所需激光功率仅为1.5 kW;涂层与基体形成良好的冶金结合,组织致密,主要由平面晶、胞状晶、树枝晶和等轴晶构成,晶粒细小,显微硬度达到HV600。

一氧化碳激光器

综述了ＣＯ激光器的理论与器件的发展过程，着重对放电激励小功率宽频带ＣＯ激光器和大功率工业ＣＯ激光器近年来国际上的研究动向作了介绍和分析，例举了许多发达国家应用ＣＯ激光器进行工业加工和开辟新应用领域方面的研究工作．认为ＣＯ激光器不仅理论上具有极高的量子转换效率，而且实际上已实现了高物理转换效率和技术转换效率；它将成为下一代的工业用大功率气体激光器的主选激光器之一．

辅腔泵浦高功率铒镱共掺光纤激光器实验研究

铒镱共掺光纤激光器的功率提高主要受热效应和镱波段放大的自发辐射的限制。为了提高铒镱共掺光纤激光器的输出功率,设计了液冷散热结构并采用辅腔泵浦法进行实验研究。结果表明,采用2.1 m长的大模面积铒镱共掺双包层光纤时,在47.5 W的泵浦功率下得到了波长为1548.9 nm、最高功率为21.6 W的输出,综合泵浦转化效率为45.7%;辅助腔中镱波段振荡建立前后的斜率效率分别为48.4%和56.2%。

大功率CO_2混合模激光束传输参数的精确测量

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。

高功率电激励CO激光器研究进展

按照激光系统冷却方式和激励方式,介绍了当前高功率电激励一氧化碳激光器器件的研究进展,讨论了不同类型高功率激光器之间的优缺点,以及高功率一氧化碳激光器的应用。

千瓦级CO激光器分子振动态布居分布及输出特性的计算

用一维动力学模型对千瓦级横流自持放电ＣＯ激光器工作特性进行了计算。得到了ＣＯ和Ｎ２分子的振动态粒子布居。利用常数增益光强平均法计算了三程Ｎ形折叠腔的输出功率的温度特性及谱线分布情况，得到了振转跃迁激光输出的振动带及转动支线的详细情况。