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激光切割加工在激光器中起能量傳遞作用

發布者:激光切割加工|草莓视频在线下载  時間:2020-8-24 10:44:31

工作物質在軸快流激光器中的作用CO2激光切割加工激光器中,主要的工作物質由CO2、N2、He三種氣體組成。其中CO2是產生激光輻射的氣體,N2及He為輔助性氣體。加入其中的He,可以加速010能級熱弛豫過程,因此有利於激光能級1090及020的抽空。N2加入主要在CO2激光切割加工激光器中起能量傳遞作用,為CO2激光上能級粒子數的積累與大功率高效率的激光輸出起到強有力的作用。實驗發現有許多氣體如N2、CO、He、Xe、H2、H2O等能顯著提高CO2激光切割加工激光的輸出功率和效率也有些氣體則不利於激光的輸出。為了合理地選用輔助氣體草莓视频在线下载分別介紹各種氣體的作用。N2和CO在CO2激光切割加工激光器中,N2和CO的作用如前所述是通過共振能量轉移提高CO2分子001粒子的激發速率和增大對於10°0、010粒子的弛豫速率,尤其是CO氣體此作用特別突出。不過這兩種氣體在器件中的含量要適中。對N2而言,含量太少激光上能級的積累效果不明顯,太多則會減少CO2氣體本體的含量,同時還會增大上能級的消激發過程。放電過程中N2極易與CO2分解出來的氧原子結合形成負電性氣體N2O、NO2等氮化物,使001能級粒子消激發CO是極性分子,在選擇激發001方麵它要比N2差些,但它不會產生有害氣體,而且還可以抑製CO2分子的離解。國外也有用CO替代N2,隻要氣體配比適當,輸出功率不會降低多少,相應激光器的運轉壽命還有所增長He是質量小、熱導率高(14.38×104Jcm1,s-2.K)的氣體。對以管壁水冷卻草莓视频在线下载來降低管內氣體溫度的封離型CO2激光器來說,如在工作氣體中加入大量He可大大提高放電管中心處的熱量向管壁傳遞的速率,使管內氣體溫度明顯下降,達到減少下能級的粒子和增快它們弛豫的效果。它的存在也減少了其他氣體或管壁與001能級粒子的碰撞機會,緩衝上能級粒子的消激發速率,從而改善激光的輸出特性在小型封離式CO2激光切割加工激光器中加人適量的Xe,可提高輸出功率20%-30%,能量轉換效率提高10%~15%。
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這是因為管內的Xe電離電位較低(12.127eV),若在管內注人少量的X可增加管內電離度降低電子平均能量既能提高上能級00°1的激發速率,又可防止CO2分子的離解在CO2+He+N2的混合氣體中加入少量的H2O或H2能加速激光下能級的弛豫速率,使輸出功率有所提高。H2O分子彎曲振動能級010(1596cm-1)與CO2(10°0)能級(1388cm-)很接近能量差在平均動能kT範圍之內,所以發生諧振碰撞的概率很大。若CO2(100)粒子與CO2碰撞需5×10次才能到基態,那麽,與H2O分子碰撞隻要幾次就可弛豫基態。此外H2O或H2還可以延長激光器件的工作壽命。因為在放電過程中水蒸氣可以分解為H原子和OH基,後者極易與CO發生化學反應生成CO2分子。克服因高能電子分解所導致的CO2氣體濃度的減小既保證了輸出功率又延長了器件的壽命。不過,H2O或H1的含量要嚴格控製。它們除對CO2(010、090)的弛豫有效之外,對CO2(001)的消激發作用也很顯著。

反應過程如下CO2(01)+H2QO(0O0)→CO2(010)+H2O(010)+87cm所以,在CO2激光係統中一般不直接加水蒸氣,而是加H2使其與CO2分解出的O原子生成OH基或在器件內部裝入氟石以提供飽和水蒸氣(26Pa左右)。有時什麽都不加,就靠製備的CO2中所含的微量水蒸氣。現在有許多CO2激光器開始用Ar替代價格昂貴的He以降低成本。Ar的電離電位比He低,使用它可使管內電子溫度降低,有利於001能級的激發,但Ar質量較大,導熱率不如He,所以它隻適於在流動型、橫向激勵的CO2激光器中使用。同一個器件,其輸出的效果不如充He器件以上所述都是對激光輸出有益的輔助氣體。然而,在激光器的混合氣中常常還含有其他體,尤其是有機蒸氣如乙醚、酒精油蒸氣等,它們對激光是有害無益的。因為它們分解能量低,易消耗電子的能量,分解出的產物又常與CO2分子結合成化合物減少CO2氣體的含量,使功率下降,器件壽命縮短。所以,為保證激光器正常運轉,在對使用的輔助氣體選擇和控製含量的同時,還要對氣體的純度提出要求。
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