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高功率板条波导CO_2激光器电极结构分析与设计

饶恒锐  
【摘要】: 本文旨在设计高功率板条波导CO_2激光器放电电极结构及其水冷装置。以面积放大理论为基础,确定板条电极的尺寸,设计符合要求的稳定的板条电极结构。根据传热学相关原理分析放电区气体的温度分布,计算热交换系统的相关参数,设计合理有效的电极水冷系统。在以下方面做了深入的研究。 (1)以国内外射频激励CO_2激光器的研究成果为例,比较了平板波导结构、波导阵列结构的优缺点。平板结构以结构简单、易于实现等特点,在高功率板条波导激光器中得到了广泛的应用,但随着激光功率的提高,其器件结构紧凑性受到了限制。 (2)推导了平板波导结构的面积放大理论,在确定的温度分布、气体配比条件下,计算了激光器的单位面积输出功率。 (3)根据相关的放电理论和面积放大理论确定了放电极间距和放电极板的面积,并设计了一个由四块铝金属电极组成的放电增益结构,此结构简单、稳定、易于实现。为了在上下极板之间得到均匀放电电压,在上下极板之间并联一组谐振电感,可将电压波动范围控制在确定的范围内,并联电感的数目和大小与电压波动的范围、电极长度、激励频率和激光头阻抗相关。 (4)分析了放电气体温度对激光器的影响及放电区的温度分布,建立了冷却系统的热平衡方程,对冷却系统的换热进行了计算,得出了水流道的流量,管径,管流压差等参数值。在此基础上设计了上下电极的水冷结构。 通过对高功率板条波导CO_2激光器放电电极结构及其水冷结构的研究,为开发实用的高功率板条CO_2激光器提供了有益的技术探索。


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