二氧化碳激光器是目前連續(xù)輸出功率較高的一種激光，它發(fā)展較早，商業(yè)產(chǎn)品較為成熟，被廣泛應(yīng)用到材料加工、醫(yī)療使用、軍事武器、環(huán)境量測(cè)等各個(gè)領(lǐng)域。在激光的發(fā)展和應(yīng)用方面，CO2激光器的制作和應(yīng)用較早也較多，早在1970年代末期，就有從國(guó)外直接進(jìn)口CO2激光器，從事工業(yè)加工和醫(yī)療等應(yīng)用。從80年代末期開(kāi)始，CO2激光器被廣泛引進(jìn)并應(yīng)用在在材料加工領(lǐng)域。

　　近年來(lái)CO2激光加工設(shè)備雖然漸趨普及，但激光畢竟是一種新的工具，激光加工技術(shù)亦不同于傳統(tǒng)的加工方法，所以工業(yè)界在引進(jìn)使用CO2激光器的過(guò)程中，曾經(jīng)遇到各種各樣的問(wèn)題，給很多廠商造成不少困擾。本文針對(duì)CO2激光器在不同領(lǐng)域的應(yīng)用狀況及其演變作以分析，并提出在使用CO2激光器過(guò)程中，常面臨的一些問(wèn)題，按照CO2激光器功率大小分類，闡述其在各個(gè)產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用狀況及演變情況，列舉CO2激光應(yīng)用者會(huì)面對(duì)的主要問(wèn)題并加以分析，最后對(duì)CO2激光應(yīng)用的未來(lái)提出展望。 [CO2玻璃管和射頻激光打標(biāo)機(jī)的哪個(gè)更穩(wěn)定？] 

　　CO2激光器是一種比較重要的氣體激光器。這是因?yàn)樗哂幸恍┍容^突出的優(yōu)點(diǎn)：

　　第一，它有比較大的功率和比較高的能量轉(zhuǎn)換效率。一般的閉管CO2激光器可有幾十瓦的連續(xù)輸出功率，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了其他的氣體激光器，橫向流動(dòng)式的電激勵(lì)CO2激光器則可有幾十萬(wàn)瓦的連續(xù)輸出。此外橫向大氣壓CO2激光器，從脈沖輸出的能量和功率上也都達(dá)到了較高水平，可與固體激光器媲美。CO2激光器的能量轉(zhuǎn)換效率可達(dá)30～40%，這也超過(guò)了一般的氣體激光器。

　　第二，它是利用CO2分子的振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)間的躍遷的，有比較豐富的譜線，在10微米附近有幾十條譜線的激光輸出。近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的高氣壓CO2激光器，甚至可做到從9～10微米間連續(xù)可調(diào)諧的輸出。

　　第三，它的輸出波段正好是大氣窗口(即大氣對(duì)這個(gè)波長(zhǎng)的透明度較高)。[你知多少：CO2激光鏡片的保養(yǎng)] 

　　除此之外，它也具有輸出光束的光學(xué)質(zhì)量高，相干性好，線寬窄，工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。因此它在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防上都有許多應(yīng)用，如應(yīng)用于加工(焊接、切割、打孔等)，通訊、雷達(dá)、化學(xué)分析，激光誘發(fā)化學(xué)反應(yīng)，外科手術(shù)等方面。

　　未來(lái)的CO2激光器將朝著以下幾個(gè)方向發(fā)展：

　　(1)高功率橫流CO2激光器。

　　高功率橫流CO2激光器，用于激光加工和熱處理，激光器的整機(jī)呈一體化的箱體。箱體的上箱體中置有一體化的放電室、熱交換器、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、進(jìn)出口導(dǎo)流器以及光學(xué)諧振腔，箱體的下箱體中置有激光電源、充放氣系統(tǒng)、真空泵、鎮(zhèn)流電阻箱和控制盒。與已有技術(shù)相比具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝調(diào)試和維修方便、激光器的工作效率高，整機(jī)的體積可以小型化的特點(diǎn)。它主要應(yīng)用于金剛石工具、汽車齒輪、汽車安全氣囊氣體發(fā)生器等焊接中的應(yīng)用，激光表面淬火與熔覆工藝及其在鋼鐵軋輥表面熔凝淬火、石油化工零件表面修復(fù)等方面的特殊應(yīng)用。

　　(2)聲光調(diào)QCO2激光器：為滿足激光測(cè)距、環(huán)境探測(cè)、空間通訊及激光與物質(zhì)相互作用機(jī)理研究等領(lǐng)域應(yīng)用要求，研制了聲光調(diào)QC02激光器。針對(duì)影響聲光調(diào)QCO2：激光器輸出的各種因素，利用調(diào)Q脈沖激光器速率方程對(duì)該激光器輸出的主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了理論分析和計(jì)算，提出了聲光調(diào)QCO2：激光器優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，并進(jìn)行了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。[co2激光打標(biāo)機(jī)的工作原理是什么？]

　　激光器脈沖重復(fù)頻率為lHz～50kHz，在lkHz運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)獲得的輸出激光脈沖寬度為180ns，峰值功率為4062W，與理論計(jì)算基本一致。結(jié)果證明：通過(guò)聲光晶體(AO)的優(yōu)選及諧振腔的合理設(shè)計(jì)。可實(shí)現(xiàn)小型CO2激光器的高重頻、窄脈寬，高峰值功率輸出，并可通過(guò)光柵選線的設(shè)計(jì)方式和TTL信號(hào)控制實(shí)現(xiàn)此類激光器的波長(zhǎng)調(diào)諧和編碼輸出。

　　(3)緊湊型長(zhǎng)壽命射頻激勵(lì)波導(dǎo)CO2激光器:為了使CO2激光器在工業(yè)加工及軍事上有更廣泛的應(yīng)用,采用鋁合金拉制型材作為激光器殼體、盤裝電感代替?zhèn)鹘y(tǒng)線繞電感的結(jié)構(gòu)以及全金屬封接工藝等,研制出一種緊湊型長(zhǎng)壽命射頻激勵(lì)波導(dǎo)CO2激光器.可連續(xù)輸出或在不高于20kHz調(diào)制頻率下脈沖輸出,最大輸出功率30W,實(shí)測(cè)工作壽命超過(guò)1500h,存儲(chǔ)壽命超過(guò)1.5a.結(jié)果表明,這種激光器具有結(jié)構(gòu)緊湊、輸出功率穩(wěn)定、工作壽命長(zhǎng)、可連續(xù)及脈沖調(diào)制工作等特點(diǎn),除了能滿足各種材料的加工,也可在軍事上應(yīng)用。[講解CO2激光打標(biāo)機(jī)的光路調(diào)節(jié)]

　　(4)新型便攜式TEACO2激光器：它是一種新型便攜式橫向激勵(lì)大氣壓CO2激光器。該激光器采用4節(jié)5號(hào)充電電池直流供電,在1Hz重復(fù)頻率條件下,可連續(xù)工作1h.激光器整機(jī)(包括電源及控制系統(tǒng))尺寸為200nm×200mm×360mm,質(zhì)量小于8kg.激光器使用紫外電暈預(yù)電離方式,放電均勻、穩(wěn)定.自由振蕩情況下,激光脈沖輸出能量達(dá)到35mJ,輸出脈沖寬度為70ns。

　　(5)高功率連續(xù)CO2激光器：針對(duì)直升飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片采用連續(xù)激光熔覆出現(xiàn)裂紋及葉片變形的問(wèn)題,在5kW連續(xù)橫流CO2激光器上,采用新的電源控制方案,通過(guò)軟件及相關(guān)控制,實(shí)現(xiàn)了脈沖激光功率輸出.克服了采用高功率開(kāi)關(guān)電源帶來(lái)的成本和穩(wěn)定性問(wèn)題.且脈沖調(diào)制頻率可達(dá)到5Hz,調(diào)制占空比可達(dá)到5%～100%.當(dāng)采用4kW峰值功率,4Hz脈沖重復(fù)頻率,占空比為20%時(shí),在發(fā)動(dòng)機(jī)葉片K403合會(huì)表面進(jìn)行合金粉末StelliteX-40的熔覆實(shí)驗(yàn).結(jié)果表明,熔覆后熱影響區(qū)比連續(xù)激光減少50%,硬度提高5%,界面結(jié)合性能與母材相當(dāng),無(wú)熔覆裂紋及葉片變形。

　　多年來(lái)，我國(guó)國(guó)家科技計(jì)劃對(duì)軸流CO2激光器和橫流CO2激光器做了大量消化吸收工作。中、美、日、俄研發(fā)的橫流CO2激光器，成本低，功率大，但因光束質(zhì)量不是很好，主要用于再制造和熱處理。由德國(guó)開(kāi)發(fā)的軸流CO2激光器由于光束質(zhì)量好，所以已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于激光焊接和切割。但是由于軸流CO2激光器造價(jià)高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)費(fèi)高、運(yùn)行費(fèi)高，中小企業(yè)難以接受，導(dǎo)致其在推廣應(yīng)用方面進(jìn)展緩慢，因此軸流CO2激光器顯然不是我國(guó)CO2激光器發(fā)展方向。

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