高功率CO2激光切割加工激光器的技術要求1.工作氣體快速冷卻二氧化碳激光切割加工激光器（qì）的電光轉（zhuǎn）換效率是很高的，一般在（zài）10%~20%範圍內。其餘的（de）放電功率通（tōng）過電子與氣體粒子的彈性碰撞使氣體加熱，溫度升高，對於高功率（lǜ）激光器來說，氣體溫度升高更快。當工作氣壓溫度達到300℃時，二氧化碳激（jī）光器（qì）的激光上、下能級因不存在粒子反轉，所以無激光輸出。實際情況是氣體（tǐ）溫度大於150℃時，電光轉換效率已明顯下降。為此，要求激光切割加工（gōng）器件具（jù）備能快速、有（yǒu）效地帶走放電區（qū）氣（qì）體的熱（rè）量（liàng）的能力。

現在常用的有兩種方法：（1）氣體快速對流冷卻采用（yòng）激光風機和熱交換器（qì）使冷卻過的工作氣體（tǐ）快速替代加熱過的工作氣體。冷（lěng）卻（què）效應取決於氣體的質量流量。質量流量（liàng）為1g/s，能獲得（dé）（120~150）W激（jī）光（guāng）功率。工業用軸快流和橫流二（èr）氧化碳激光器激光切割加（jiā）工都采用該技術（2）擴散傳導冷卻普通低功率二氧化碳激光器都采用這種冷卻方（fāng）法。氣（qì）體的熱量（liàng）靠熱傳導（dǎo）由氣體傳給管（guǎn）壁，再（zài）由管壁傳導給外層冷卻水（或冷卻油）以帶走熱量。由於工作氣體的熱傳導率較低此冷卻效果較差。普通管狀二氧化碳激光器每（měi）米放電長度的激光（guāng）輸出功率最高（gāo）約（50-80）W/m。最近幾年，提（tí）高激光功率的方（fāng）法從“長度放大”概念轉變為“麵積放（fàng）大”的概（gài）念。
大麵積小極間距離均勻放電技術獲（huò）得突（tū）破熱量擴散到大麵積金屬電極上從而使放（fàng）電區氣（qì）體（tǐ）快速冷卻效果（guǒ）很好（hǎo）。近期發展的高功率“板條”二氧化碳激光器已在工業（yè）中獲得應用。大體積放（fàng）電的均勻性和（hé）穩定性高功（gōng）率氣體放電中的電流電壓、氣（qì）體溫度都（dōu）較高輝光放電正柱區（qū）的熱不穩定性和電弧收縮（suō）等現象較嚴重。如何保證大體（tǐ）積輝（huī）光放電的均勻性和穩（wěn）定性是高功率二氧化（huà）碳激光器的關鍵技術之一（yī）。常（cháng）用的技術有把大體積的放電區分成許多（duō）小的（de）放電區分別加以控製。在（zài）橫流二（èr）氧（yǎng）化碳激光器中常（cháng）把陰極或陽（yáng）極分成（chéng）許多分電極；在軸快流二（èr）氧（yǎng）化碳激光器中常用許（xǔ）多段放電（diàn）區串接（jiē）的方法2）氣體（tǐ）快速流動不穩定的擾動因素及時帶出放電區。增加湍流以增加放電的均勻性增加預電離或外界電離源以增加放電的均勻（yún）性3.放（fàng）電激勵技術多樣化除原有的直流放電（DC放電）激勵技術外，今（jīn）年發展了多（duō）種新的激勵技術，它們是交流放電（AC放電），5~100kHz；射頻放電（RF放電），10kHz~100MHz；微（wēi）波放電用得最多是DC放電和RF放電。4.優良的光束質量光切（qiē）割焊接等應用要求有優良的光束質量，特別是聚焦後的光（guāng）束愈細愈好。在高功率（lǜ）激光器中，二氧化（huà）碳激光器是光束（shù）最好的一種（zhǒng）。國際通用（yòng）的質量光束的係數稱為TDL（ Times Diffraction Limited（TDU）raio）。其定義為實際發散（sàn）角與理想的極限發散角之（zhī）比。

激光束在傳輸上有一個最小東腰處，其束腰直徑為D，遠場發散角與D之間的近似簡單關（guān）係（xì）為≈A/Do式中，A為波長。理想的光束質量，即基（jī）模（mó）（TEM模）或高斯光束分布，D有最小值，θ是極限發散角。實際測量的發（fā）散（sàn）角因光（guāng）束畸變（biàn）或有較高次模而大於極限發散角。因（yīn）此（cǐ）TDL≥1.光束質量的其（qí）他方式還有TDL=M=Q=l/K（1-21）國外已研製成標準的M2測試儀。商品化的高功率激光器都必（bì）須給出M2值（或TDL值）。常用的高功率千瓦級（jí）二氧（yǎng）化碳激光器的TDL值在1~3之間。實際報道的最好值為M2=k.2.衡量（liàng）光束質（zhì）量的另一重要指標是光束聚焦（jiāo）後光點的空間和時間的穩定性。它要求激光束的模式和功率長時間的穩（wěn）定。常用二氧化碳激光器（qì）的光束穩定度≤0.2mrad要獲得好的光束（shù）質（zhì）量，在諧振腔設計上（shàng）應該做到基（jī）模（mó）或低階模（mó）的輸（shū）出，同時氣體的折射（shè）率和增益分布是軸對稱（或圓對稱的）。在外光（guāng）路上也可用圓偏振鏡（jìng）以提高光束的旋（xuán）轉對稱性。優良的紅外光學元件在高功率狀態下激光晶（jīng）體輸出窗口（kǒu）和全反射鏡的（de）熱畸變和熱破壞常是（shì）限製激光功率提（tí）高和光束（shù）質量改善的關鍵技術問題。如何提高全（quán）反射的反射（shè）率，減小膜層的光吸收，基材的選用和冷卻、拋光、超精車等工藝問題也是很重要的。既能連（lián）續輸出又能（néng）脈衝輸出不同材料、不同路徑的激（jī）光（guāng）切割、焊接表麵處理，往往要求激光束隨時改變工作方式，有時要求連續輸出，有時要求脈衝輸出波形。
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