微小型高功率硬质玻璃波导CO激光器的研制

摘要

CO2激光器是气体激光器的主要分支之一，目前已广泛应用于工农业生产、国防、科研、医学等领域，如计量、材料加工、激光医疗、激光通信、能源等方面。 长期以来，各种CO2激光器的研究异常活跃。从激光器的结构来看，CO2激光器可分为纵向封离型激光器、纵向流动激光器、横向流动激光器、横向激励高气压激光器、波导CO2激光器及射频激励激光器等。波导CO2激光器是其中有代表性的一类，是应器件小型化的要求而发展起来的。为实现波导CO2激光器高功率小型化，国内外科学家都在致力寻找器件的最佳结构、理想的波导材料及放电激励方式等。目前，波导CO2激光器的结构形式近十种，而波导材料也有陶瓷、陶瓷-金属、全金属及硬质玻璃等。虽然玻璃较其它波导材料导热性能较差、传输损耗较大，但由于易加工，尤其是波导面可达到很高的光洁度，且价格低廉，因此硬质玻璃波导CO2激光器仍具有很高的实用价值。微小型高功率硬质玻璃双通道波导CO2激光器在医疗、微加工业等方面具有很好的应用前景。目前硬质玻璃波导CO2激光器在国内外各种刊物上已有一些相关的报道。本文的主要研究工作如下： 1、对波导CO2激光器的各种损耗进行理论分析，包括波导管内传输损耗α11、耦合损耗αc及输出镜透射损耗αT0。 2、微小型高功率硬质玻璃波导CO2激光器的设计。两支波导管长度均为190mm，壁厚为0.65mm，内径为 2.1mm，结构上采用隔离板，使双通道放电均匀，输出镜的透射率为10﹪，双通道阵列式波导管总的理论输出功率P为13.6W。 3、研制转换效率为10.4﹪的双通道阵列波导器件。 4、实验表明，当工作气体总气压为12.66kPa，工作电流为9mA，输出镜透射率为10﹪时，可获得11.2W的10.6μm激光功率输出，器件总的转换效率为10.4﹪。与理论值相比，实验数据与理论计算相差2.4W。这主要原因是由于两波导管加工中不平行性造成的损耗，以及两端反射镜的垂直度、平行性误差造成的损耗。而这些损耗存在随机性，故在理论计算中并未考虑在内。实验中发现，Xe气体的含量不能超过2.5﹪，否则功率会明显下降。 由于受客观条件的限制，有很多的分析、设计、工艺和测试工作还不成熟，因此对于微小型高功率硬质玻璃波导CO2激光器还有很多的工作需要进一步的完善。