二氧化碳雷射器

二氧化碳雷射器

二氧化碳雷射器,可稱“隱身人”,因為它發出的雷射波長為10.6 微米,“身”處紅外區,肉眼不能覺察,它的工作方式有連續、脈衝兩種。連續方式產生的雷射功率可達20 千瓦以上。脈衝方式產生波長10.6 微米的雷射也是最強大的一種雷射。人們已用它來“打”出原子核中的中子。二氧化碳雷射器的出現是雷射發展中的重大進展,也是光武器和核聚變研究中的重大成果。最普通的二氧化碳雷射器是一支長1 米左右的放電管。它產生的雷射是看不見的,在磚上足以把磚頭燒到發出耀眼的白光。二氧化碳雷射於1964年首次運用其波長為10.6μm。

基本介紹

  • 中文名:二氧化碳雷射器
  • 領域:計算機
概述,原理,第一,第二,第三,軍事套用,氣體,套用,民用,軍用,

概述

因為這是一種非常有效率的雷射,作為商業模型來說其轉換效率達到10%,所以二氧化碳雷射廣泛用於雷射切割,焊接,鑽孔和表面處理。作為商業套用雷射可達45千瓦,這是目前最強的物質處理雷射。

原理

二氧化碳雷射是一種分子雷射。主要的物質是二氧化碳分子。它可以表現多種能量狀態這要視其震動和旋轉的形態而定。基本的能量網狀見圖1。二氧化碳里的混合氣體是由於電子釋放而造成的低壓氣體(通常30-50托)形成的等離子。如麥克斯韋-波爾茲曼分布定律所說,在等離子裡,分子呈現多種興奮狀態。一些會呈現高能態(00o1)其表現為不對稱擺動狀態。當與空心牆碰撞或者自然散發,這種分子也會偶然的丟失能量。通過自然散發這種高能狀態會下降到對稱擺動形態(10o0)以及放射出可能傳播到任何方向的光子(一種波長10.6μm的光束)。偶然的,這種光子的一種會沿著光軸的腔向下傳播也將在共鳴鏡里擺動。
圖1簡單的二氧化碳分子能量水平圖圖1簡單的二氧化碳分子能量水平圖
二氧化碳雷射器是以CO2氣體作為工作物質的氣體雷射器放電管通常是由玻璃或石英材料製成,裡面充以CO2氣體和其他輔助氣體(主要是氦氣氮氣,一般還有少量的氫或氙氣);電極一般是鎳制空心圓筒;諧振腔的一端是鍍金的全反射鏡,另一端是用鍺或砷化鎵磨製的部分反射鏡。當在電極上加高電壓(一般是直流的或低頻交流的),放電管中產生輝光放電,鍺鏡一端就有雷射輸出,其波長為10.6微米附近的中紅外波段;一般較好的管子。一米長左右的放電區可得到連續輸出功率40~60瓦。CO2雷射器是一種比較重要的氣體雷射器。這是因為它具有一些比較突出的優點:

第一

它有比較大的功率和比較高的能量轉換效率。一般的閉管CO2雷射器可有幾十瓦的連續輸出功率,這遠遠超過了其他的氣體雷射器,橫向流動式的電激勵CO2雷射器則可有幾十萬瓦的連續輸出。此外橫向大氣壓CO2雷射器,從脈衝輸出的能量和功率上也都達到了較高水平,可與固體雷射器媲美。CO2雷射器的能量轉換效率可達30~40%,這也超過了一般的氣體雷射器。

第二

它是利用CO2分子的振動-轉動能級間的躍遷的,有比較豐富的譜線,在10微米附近有幾十條譜線的雷射輸出。近年來發現的高氣壓CO2雷射器,甚至可做到從9~10微米間連續可調諧的輸出。

第三

它的輸出波段正好是大氣視窗(即大氣對這個波長的透過率較高)。除此之外,它也具有輸出光束的光學質量高,相干性好,線寬窄,工作穩定等優點。因此它在國民經濟和國防上都有許多套用,如套用於加工(焊接、切割、打孔等),通訊、雷達、化學分析,雷射誘發化學反應,外科手術等方面。

軍事套用

套用CO2雷射相干成像雷達進行機載反坦克飛彈精確制導的研究,是1977年由麻省理工學院林肯實驗室開始的,實驗室於1981年研製成功並進行了演示試驗。早在20世紀70年代末,美國國防先進技術研究計畫局(Defence Advanced Research Projects Agency)就決定把CO2雷射相干成像雷達作為第二代巡航飛彈制導系統的主攻方向,現已到了技術基本成熟階段。DARPA和美國空軍航空系統分部主持的巡航飛彈先進制導(CMAG,Cruise Missile Advanced Guidence)預研計畫,1977~1989年完成了研究計畫,並完成了飛行演示實驗,進一步研製了CO2雷射主動成像雷達導引頭工程樣機。目前CMAG技術已套用在空中發射的先進戰略巡航飛彈AGM-129A上,使其目標精度由原來的40m提高到3m,提高一個數量級。美國前麥·道公司為空軍研製的一種全天候CO2雷射相干成像雷達,於1988年進行了樣機演示,預計裝在戰斧Tomahawk)改型巡航飛彈上。

氣體

二氧化碳雷射器內的氣體並非純二氧化碳,通常是以下幾種氣體的混合:
具體氣體的配比根據套用目的的不同而有所改變。

套用

民用

因為二氧化碳雷射器能達到的功率非常高,經常用來做工業的切割機,而低功率的雷射器常常用來雕刻。此外,由於水在二氧化碳雷射器的發光頻率極容易揮發,因此也常常被用來做雷射嫩膚,磨皮等雷射手術

軍用

由於大氣層對紅外線的阻擋能力很弱,因此常被用來做雷射武器

熱門詞條

聯絡我們