高峰值功率调Q CO2激光器的理论设计与实验

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高峰值功率脉冲激光器是激光技术中非常重要的发展方向之一,主要应用于材料加工和激光分离同位素等领域。特别是难加工材料连续部位的现代激光加工,如铝合金、工程陶瓷等的切缝、缝焊。而CO2激光器是气体激光器中用途最广、功率最高的激光器。在激光加工领域一直都是主导激光器。为了满足工业生产中对高峰值功率、窄脉宽的脉冲激光要求,对二氧化碳激光器进行调Q的脉冲激光器应运产生。  脉冲激光的峰值功率和平均功率的上升受三个个因素限制:一个是上能级粒子的弛豫过程,上能级粒子积累到最大值的时间为100μs左右,脉冲的脉宽小于2.5μs。论文中给出了斩光盘对光路的遮挡时间τ1和Q开关打开持续时间τ2两个参数。根据激发CO2原理和过程,能确定合适的占空比。又随着驱动电机的转速变快重复频率增大,进而引起斩光盘遮挡时间τ1和调Q开关打开的持续时间τ2的变化在合适范围内。另一个是Q开关突变的时间ts,尽量的小于脉冲建立的延迟时间0.5-1μs,目的是每个重复频率内获得单一脉冲。最后一个是超阈度D,即D=Δni/Δnth。这个值越大,脉冲宽度越窄,脉冲建立的延迟时间也更短,峰值功率可以变得更高,是个重要的影响因子。  总之,在设计高峰值功率的脉冲激光器的过程中,通过控制时间ts、τ1、τ2在合适范围内,确定最合适占空比τ1/τ2等关键因素,既实现对存贮在工作物质中的能量的高效利用,又能在单个频率范围内输出单一脉冲的窄脉宽、高峰值功率的脉冲激光。
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