由于这是一种非常有效的激光器,其转换效率为商业模型的10%,因此CO2激光器广泛用于激光切割,焊接,钻孔和表面处理。
作为高达45 kW的商用激光器,这是目前最强的材料处理激光器。
二氧化碳激光是一种分子激光。
主要物质是二氧化碳分子。
它可以代表各种能量状态,具体取决于其振动和旋转的形式。
基本能量网络如图1所示。
二氧化碳中的混合气体是由于电子发射而由低压气体(通常为30-50Torr)形成的等离子体(等离子体)。
正如Maxwell-Boltzmann的分布定律所述,分子在等离子体中表现出各种激发态。
一些将表现出高能状态(00o1),其表现为不对称的摆动状态。
当与空心墙碰撞或自然发射时,这种分子也会意外地失去能量。
通过自然地发射这种高能态,它将落入对称的振荡形式(10o0)并发射可以在任何方向上传播的光子(10.6μm波长的光束)。
有时,这些光子中的一个将沿光轴的腔向下传播,并且还将在共振镜中振荡。
二氧化碳激光器是使用CO2气体作为工作物质的气体激光器。
放电管通常由玻璃或石英材料制成,充满CO2气体和其他辅助气体(主要是氦气和氮气,通常含有少量氢气或氦气);电极通常是由镍制成的空心圆柱体;一端是镀金全反射镜,另一端是用钽或砷化镓研磨的部分镜子。
当向电极施加高电压(通常为DC或低频AC)时,在放电管中产生辉光放电,并且在锗镜的一端提供激光输出,并且在该镜面的波长为10.4μm。
中红外波段;一般都是好管。
大约一米长的放电区域可以获得40至60瓦的连续输出。
CO2激光器是一种相对重要的气体激光器。
这是因为它具有一些突出的优点:首先,它具有相对大的功率和相对高的能量转换效率。
典型的闭管CO2激光器可以具有数十瓦的连续输出功率,远远超过其他气体激光器,横向流动的电激励CO2激光器可以具有数万瓦的连续输出。
此外,水平大气CO2激光器已从脉冲输出达到高水平的能量和功率,这与固态激光器相当。
CO2激光器的能量转换效率可以达到30-40%,也优于普通的气体激光器。
第二种是使用CO2分子的振动 - 旋转能级转换,其具有丰富的激光输出光谱,具有接近10微米的数十条线。
近年来发现的高压CO2激光器甚至可以实现9到10微米的连续可调输出。
第三,它的输出带恰好是大气窗口(也就是说,大气对这个波长有更高的透射率)。
此外,它还具有光学质量高,相干性好,线宽窄,输出光束稳定运行等优点。
因此,它在国民经济和国防中有很多应用,如加工(焊接,切割,钻孔等),通讯,雷达,化学分析,激光诱导化学反应,手术等。
CO2激光相干成像雷达在机载反坦克导弹精确制导中的应用于1977年由麻省理工学院林肯实验室发起。
该实验室于1981年成功开发并展示。
早在20世纪70年代末,国防高级研究计划局就决定使用CO2激光相干成像雷达作为第二代巡航导弹制导系统的主要方向,现在已经有了。
达到了成熟技术的阶段。
DARPA和美国空军航空系统部门进行了CMAG(巡航导弹高级预警)预研计划,完成了1977年至1989年的研究计划,完成了飞行演示实验,并进一步开发了CO2激光主动成像雷达。
搜索者工程原型。
目前,CMAG技术已应用于AGM-129A,这是一种在空中发射的先进战略巡航导弹,其目标精度从40m提高到3m,高出一个数量级。
由美国前公司麦克唐纳道格拉斯为空军开发的全天候CO2激光相干成像雷达。
原型机于1988年展出,预计将安装在战斧改装巡航导弹上。