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高平均功率高重复频率TEA CO_2激光器系统关键技术研究

吕岩  
【摘要】:高平均功率高重复频率TEA CO_2激光器在激光材料处理、激光大气污染探测、激光测距雷达、光电对抗、激光推进、激光化学等领域中有重要的应用前景。本文围绕高平均功率高重复频率TEA CO_2激光器若干关键技术的研究和系统集成,进行了大量理论及实验研究工作,主要取得了以下成绩: (1) 设计出一个通用的电极设计软件界面,可以用于各种参数条件下的三维均匀场电极设计。引入有限元软件ANSYS分析了加工误差和装配误差对整个Ersnt电极系统电场均匀性的影响。 (2) 成功地将印刷电路板预电离方式比例放大到大体积放电,研制成功一台3.6kW平均功率TEA CO_2激光器。并进一步探索TEA CO_2激光器的预电离机理,研究发现阴极表面预电离对获得均匀的大体积主放电起决定性作用。 (3) 研制成功一台12kW平均功率TEA CO_2激光器。证实了在万瓦级高平均输出功率水平下采用旋转火花隙作为大功率高压开关的可行性。为旋转火花隙在更高输出功率的TEA CO_2激光器中的应用奠定了技术基础。 (4) 提出一种在稳定激光谐振腔中采用外环耦合方式得到环状光束(空心光束)输出的新型激光谐振腔。利用Fox-Li数值迭代算法计算了谐振腔镜面上和衍射耦合输出场基模的振幅和相位分布。通过实验在高增益的TEA CO_2激光器中,得到了基模环形光斑输出。 (5) 在平均功率3kW量级下实现了TEA CO_2激光器的调谐输出。


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