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脉冲预电离纵向放电扩散冷却CO_2激光器研究

于延宁  
【摘要】: 近年来,纵向放电的脉冲气体激光器重新受到了人们的重视,一种小型的低功率的高重复频率脉冲激光器在激光探测、精细加工和光化学等许多应用领域,有重要的应用前景。本文研究了脉冲预电离的扩散冷却CO_2激光器的运转机理,提出采用脉冲预电离技术改善纵向脉冲放电的稳定性、降低工作电压和提高电光转换效率。提出了两种新的预电离技术。第一种技术称为“纵向多段脉冲预电离“技术。在玻璃放电管的外表面紧密套上若干圆环形电极,作为预电离电极。第二种技术是“横向螺旋脉冲预电离“技术。在玻璃放电管的外表面螺旋地粘上两条相对平行的金属箔,作为预电离电极。两种技术产生的效果基本相同。和无预电离的脉冲放电相比,激光器的工作电压下降了大约20%,电光转换效率提高了大约30%。 采用螺旋结构横向脉冲预电离技术首次研究了非自持纵向放电CO_2激光器,非自持激光器的主放电和输出功率由外加的预电离脉冲控制,激光器的可控性非常好。非自持放电使激光器的激发和电离过程分开,有利于使二者分别处于各自的最佳E/P值附近,放电的正阻抗特性使放电电路可以省去限流电阻,极大地提高激光器的实际效率。获得的最大的电光转换效率达19%。 本文还发展了一种采用Pspice软件对脉冲预电离放电进行瞬态模拟的理论分析方法,有利于激光器放电电路的优化设计。 最后,在前述理论和实验的基础上,提出了两种新型的脉冲预电离扩散冷却板条CO_2激光器方案,进行了可行性研究。这对进一步发展紧凑的高功率高重复频率激光器有重要意义。


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