CO2激光器的输出特性
①横流CO2激光器。横流CO2激光器的气体流动垂直于谐振腔的轴线。这种结构的Co2激光器光束质最较低,主要用于材料的表面处理,一般不用于切割。相对于其他CO2激光器,横流CO2激光器输出功率高,光束质量低,价格也较低。
横流CO2激光器可以采用直流(DC)激励和高颇(HF)激励(图2.4和图2.5),其电极置于平行于谐振腔轴线的等离子体区两边。等离子体的点燃和运行电压低,气体流动穿过等离子体区垂直于光束,气体流过电极系统的通道非常宽,因此流动阻力很小,对等离子体的冷却非常有效,对激光的功率没有太多的限制。这类激光器的长度不到lm,但可以产生8kW的功率。然而,这类激光器由于气体横向流动通过等离子体,将等离子体吹离了主放电回路,导致在光束截面上等离子体区或多或少偏离成为三角形,光束质最不高,出现高阶模。如果采用回孔限模,可在一定程度上使光束的对称性提高。
②快速轴流CO2激光器。快速轴流CO2激光器结构如图2.6所示。这类CO2激光器激光气体的流动沿着谐振腔的轴线方向。这种结构的CO2激光器的输出功率范围从几百瓦到20kW。输出的光束质最较好,是目前激光切割采用的主流结构。
轴流CO2激光器可以采用直流激励和射频(RF)激励(图2.7和图2.8)。电极之间的等离子体的形状为细长柱状。为了阻止等离子体弥散在周围区域,这种类型的放电区常常在一个空心柱状玻璃或陶瓷管内,等离子体可在两个环形电极两端被点燃并维持,点燃和运行的电压依赖于电极之间的距离,在实际应用中使用的最
大电压是20-30kV,放电长度因而受到限制。
循环气体的冷却采用快速轴向流动的形式,为确保有效的热传导,常用罗茨鼓风机或涡轮风机实现这一高速流动。但这种几何形状的流动阻力相对较高,输出激光功率将会受到一定的限制,如〔兀激励仅仅有几百瓦的激光输出。激光器的输出功率有限,因此常常由几个轴流冷却放电管以光学形式串接起来,以提供足够的激光功率。
由于Co2激光器的抽出功率主要依核于单位体积输人的电功率,所以RF激励比DC激励等离子体密度高,几个轴流冷却放电管以光学形式串接起来的RF激励轴流激光器,连续输出功率可达20kW。轴流CO2激光器,由于等离子体轴向对称,容易运行在基模状态,产生的光束质量高。