CO2激光器原理與應(yīng)用

1、CO激光器原理及其應(yīng)用課 程激光原理與技術(shù)班級(jí)先信息121801班學(xué)號(hào)0126姓名曾慶蘇指導(dǎo)教師 楊旭東完成日期目錄前言1一、CQ激光器簡(jiǎn)介1二、CQ激光器分類(lèi)2三、CQ激光器輸出特性及其缺點(diǎn) 3四、CQ激光器結(jié)構(gòu)3激光管4光學(xué)諧振腔4電源及泵浦4五、CQ激光器原理5CO2分子的的能級(jí)結(jié)構(gòu)5CO2分子的振轉(zhuǎn)躍遷5CO2激光器激光上能級(jí)的激發(fā)過(guò)程6CO2激光器激光下能級(jí)的弛豫7CO2激光器激光產(chǎn)生7六、CQ激光器的應(yīng)用8工業(yè)應(yīng)用8醫(yī)療應(yīng)用8軍事應(yīng)用9環(huán)境應(yīng)用9七、CQ激光器發(fā)展特點(diǎn) 10發(fā)展歷史10發(fā)展現(xiàn)狀10發(fā)展前景11八、結(jié)束語(yǔ)11前言：二氧化碳激光于1964年首次運(yùn)用其波長(zhǎng)為仙m0因?yàn)檫@是

2、一種非常有效率 的激光，作為商業(yè)模型來(lái)說(shuō)其轉(zhuǎn)換效率達(dá)到 10%,所以二氧化碳激光廣泛用于激 光切割，焊接，鉆孔和表面處理。作為商業(yè)應(yīng)用激光可達(dá)45千瓦，這是目前最強(qiáng)的物質(zhì)處理激光。二氧化碳激光器是目前連續(xù)輸出功率較高的一種激光，它發(fā)展較早，商業(yè)產(chǎn)品較為成熟，被廣泛應(yīng)用到材料加工、醫(yī)療使用、軍事武器、環(huán) 境量測(cè)等各個(gè)領(lǐng)域，是用最廣泛的激光器之一。二氧化碳激光器的出現(xiàn)是激光發(fā) 展中的重大進(jìn)展，也是光武器和核聚變研究中的重大成果。論文首先介紹了應(yīng)用型CQ激光器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，著重介紹了應(yīng)用 型CQ激光器在軍事、醫(yī)療、工業(yè)和環(huán)境四個(gè)主要領(lǐng)域的應(yīng)用，最后介紹應(yīng)用型 CQ激光器的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀、以及

3、前景。通過(guò)這些介紹使得大家能夠加深對(duì) CC2 激光器的了解和認(rèn)識(shí)。一、CQ激光器簡(jiǎn)介1964年，Patel等人首先發(fā)現(xiàn)了用CC2氣體觀察到大約微米的連續(xù)波激光作用, （其中還有微米）經(jīng)過(guò)多年對(duì) CQ氣體激光的研究，今天它已經(jīng)成為產(chǎn)品，廣泛 用于各種領(lǐng)域。CC2激光器是分子氣體激光器，分子氣體由碳和氧組成 （最常用），分子氣體 激光器通過(guò)分子能級(jí)間的躍遷產(chǎn)生激發(fā)振蕩的一種激光器，實(shí)現(xiàn)高效率與高功率 輸出。CC2分子氣體激光器中主要物質(zhì)為 CQ ,輔助氣體有氮?dú)?，氮?dú)獾?。它?光電轉(zhuǎn)換效率（輸出激光功率與輸出電功率之比）較高，一般為15%左右，輸出功 率從瓦級(jí)直到萬(wàn)瓦級(jí)。由于 CC2結(jié)構(gòu)類(lèi)型差異很

4、大，它應(yīng)用于不同的領(lǐng)域，其中 應(yīng)用最為廣泛的當(dāng)屬激光醫(yī)學(xué)，CC2激光器輸出波長(zhǎng)為，是不可見(jiàn)的紅外光，它 極易被人體組織200Pm內(nèi)的表層所吸收，穩(wěn)定性較好，是醫(yī)學(xué)上應(yīng)用最為廣泛 的一種氣體激光工作物質(zhì)：CC2、N2和He的混合物激光波長(zhǎng)：微米、微米（遠(yuǎn)紅外光）（利用基態(tài)的不同振動(dòng)態(tài)的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)之 間的躍遷，故光子能量小）特點(diǎn)：激光器效率高、輸出能量大、功率高。二、CQ激光器分類(lèi)按輸出方式分1）連續(xù)輸出；2）脈沖輸出調(diào)制頻率高達(dá)1MHz；3） Q 開(kāi)關(guān)輸出電光調(diào) Q 與聲光調(diào)Q。按諧振腔的工作分1波導(dǎo)腔孔徑 D=13mm；2自由空間腔孔徑 D=46mm。按激勵(lì)極性分1）單相；2）反相。按腔體結(jié)構(gòu)分

5、1）單腔；2）多腔；（a）折疊腔：V型一一2折；Z型一一3折；X型一一4折。（b）列陣腔：短肩列陣；交錯(cuò)列陣。（c）積木式：并聯(lián)一2腔；三角組聯(lián)一3腔。3）大面積放電（a）平板型，（b）同心環(huán)型。按均恒電感分布方式分1）準(zhǔn)電感諧振技術(shù)型用于低電容激光頭；2）平行分布電感諧振技術(shù)型用于高電容激光頭。按諧振腔材料分1）陶瓷型金屬混合型；2）全陶瓷型；3）全金屬型。按冷卻方式分1）空氣冷卻；2）水冷卻。按封裝方式分1）封離型；2）流動(dòng)型。諧振腔的材料一般為：金屬一 A1。陶瓷一BeO, BN、AIN、A12O3等。、CQ激光器輸出特性及其缺點(diǎn)特性CO2激光器是一種比較重要的氣體激光器。 這是因?yàn)樗?/p>

6、有一些比較突出的 特點(diǎn)：第一，它有比較大的功率和比較高的能量轉(zhuǎn)換效率。 一般的閉管CQ激光器 可有幾十瓦的連續(xù)輸出功率，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了其他的氣體激光器，橫向流動(dòng)式的電 激勵(lì)CQ激光器則可有幾十萬(wàn)瓦的連續(xù)輸出。 此外橫向大氣壓CQ激光器，從脈 沖輸出的能量和功率上也都達(dá)到了較高水平，可與固體激光器媲美。 CO2激光器 的能量轉(zhuǎn)換效率可達(dá)3040%,這也超過(guò)了一般的氣體激光器。第二，它是利用CQ分子的振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)間的躍遷的，有比較豐富的譜線(xiàn)， 在10微米附近有幾十條譜線(xiàn)的激光輸出。近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的高氣壓CQ激光器，甚至可做到從910微米間連續(xù)可調(diào)諧的輸出。第三，它的輸出波段正好是大氣窗口 （即大氣對(duì)這

7、個(gè)波長(zhǎng)的透明度較高）。除此之外，它也具有輸出光束的光學(xué)質(zhì)量高，相干性好，線(xiàn)寬窄，具有較好 的方向性、單色性和較好的頻率穩(wěn)定性。而氣體的密度小，不易得到高的激發(fā)粒 子濃度，因此，CQ氣體激光器輸出的能量密度一般比固體激光器小。缺點(diǎn)CQ激光器的轉(zhuǎn)換效率是很高的，但最高也不會(huì)超過(guò)40%,這就是說(shuō)，將有 60%以上的能量轉(zhuǎn)換為氣體的熱能，使溫度升高。而氣體溫度的升高，將引起激 光上能級(jí)的消激發(fā)和激光下能級(jí)的熱激發(fā)，這都會(huì)使粒子的反轉(zhuǎn)數(shù)減少。并且， 氣體溫度的升高，將使譜線(xiàn)展寬，導(dǎo)致增益系數(shù)下降。特別是，氣體溫度的升高， 還將引起CQ分子的分解，降低放電管內(nèi)的CQ分子濃度。這些因素都會(huì)使激光 器的輸出功

8、率下降，甚至產(chǎn)生“溫度猝滅”。四、CQ激光器結(jié)構(gòu)如圖1所示是為一種典型的CQ激光器結(jié)構(gòu)示意圖。構(gòu)成CO2激光器諧振腔的兩個(gè)反射鏡放置在可供調(diào)節(jié)的腔片架上，最簡(jiǎn)單的方法是將反射鏡直接貼在放電管的兩端?；窘Y(jié)構(gòu)：激光管激光器中最關(guān)鍵的部分。通常由硬質(zhì)玻璃制成，一般采用層套筒式結(jié)構(gòu)，由三部分組成（如圖1 所示）。最里面一層是放電管，第2 層為水冷套管，最外一層為儲(chǔ)氣管。放電管能夠影響激光的輸出以及激光輸出的功率，放電管長(zhǎng)度與輸出功率成正比。 在一定的長(zhǎng)度范圍內(nèi)，每米放電管長(zhǎng)度輸出的功率隨總長(zhǎng)度而增加。一般而言，放電管的粗細(xì)對(duì)對(duì)輸出功率沒(méi)有影響。水冷套管的和放電管一樣，都是由硬質(zhì)玻璃制成。它的作用是冷

9、卻工作氣體，使得輸出功率穩(wěn)定。儲(chǔ)氣管與放電管的兩端相連接，即儲(chǔ)氣管的一端有一小孔與放電管相通，另一端經(jīng)過(guò)螺旋形回氣管與放電管相通。它的作用是可以使氣體在放電管中與中循環(huán)流動(dòng)，放電管中的氣體隨時(shí)交換。光學(xué)諧振腔光學(xué)諧振腔由全反射鏡和部分反射鏡組成，是CO2 激光器的重要組成部分。光學(xué)諧振腔通常有三個(gè)作用：控制光束的傳播方向，提高單色性；選定模式；增長(zhǎng)激活介質(zhì)的工作長(zhǎng)度。最簡(jiǎn)單常用的激光器的光學(xué)諧振腔是由相向放置的兩平面鏡（或球面鏡）構(gòu)成。CO2 激光器的諧振腔常用平凹腔，反射鏡采用由K8 光學(xué)玻璃或光學(xué)石英加工成大曲率半徑的凹面鏡，在鏡面上鍍有高反射率的金屬膜鍍金膜， 使得波長(zhǎng)為m的光反射率達(dá),

10、且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。我們知道二氧化碳發(fā)出的光為紅外光， 因此反射鏡需要應(yīng)用透紅外光的材料。因?yàn)槠胀ü鈱W(xué)玻璃對(duì)紅外光不透，就要求在全反射鏡的中心開(kāi)一小孔，再密封上一塊能透過(guò)仙m激光的紅外材料，以 封閉氣體，這樣就使諧振腔內(nèi)激光的一部分從這一小孔輸出腔外，形成一束激光。電源及泵浦泵浦源能夠提供能量使工作物質(zhì)中上下能級(jí)間的粒子數(shù)翻轉(zhuǎn)。封閉式CO2激光器的放電電流較小，采用冷電極，陰極用鋁片或鍥片做成圓筒狀。3040mA 的工作電流，陰極圓筒的面積 500cm2,不致鏡片污染，在陰極與鏡片之間加一 光欄。五、CQ激光器原理CO2分子的的能級(jí)結(jié)構(gòu)與其它分子激光器一樣，CO2激光器工作原理其受激發(fā)射過(guò)程也較復(fù)

11、雜。分 子有三種不同的運(yùn)動(dòng)，即分子里電子的運(yùn)動(dòng)，具運(yùn)動(dòng)決定了分子的電子能態(tài)； 二 是分子里的原子振動(dòng)，-分子里原子圍繞其平衡位置不停地作周期性振動(dòng)一一并 決定于分子的振動(dòng)能態(tài)；三是分子轉(zhuǎn)動(dòng)，即分子為一整體在空間連續(xù)地旋轉(zhuǎn)， 分 子的這種運(yùn)動(dòng)決定了分子的轉(zhuǎn)動(dòng)能態(tài)。分子運(yùn)動(dòng)極其復(fù)雜，因此能級(jí)也很復(fù)雜。CQ分子為線(xiàn)性對(duì)稱(chēng)排列的三原子分子，三個(gè)原子排列成一條直線(xiàn)（分子 軸），中間是碳原子，兩端是氧原子。分子里的各原子始終運(yùn)動(dòng)著，要繞其平衡 位置不停地振動(dòng)。根據(jù)分子振動(dòng)理論，C6有三種不同的振動(dòng)方式：二個(gè)氧原 子沿分子軸，向相反方向振動(dòng)，即兩個(gè)氧在振動(dòng)中同時(shí)達(dá)到振動(dòng)的最大值和平衡 值，而此時(shí)分子中的碳原

12、子靜止不動(dòng)，因而其振動(dòng)被叫做對(duì)稱(chēng)振動(dòng)。兩個(gè)氧原 子在垂直于分子軸的方向振動(dòng)，且振動(dòng)方向相同，而碳原子則向相反的方向垂直 于分子軸振動(dòng)。由于三個(gè)原子的振動(dòng)是同步的，又稱(chēng)為變形振動(dòng)。三個(gè)原子沿 對(duì)稱(chēng)軸振動(dòng)，其中碳原子的振動(dòng)方向與兩個(gè)氧原子相反，又叫反對(duì)稱(chēng)振動(dòng)能。在 這三種不同的振動(dòng)方式中，確定了有不同組別的能級(jí)。CO分子的振動(dòng)模型£卜分f的聶劭繳圖CQ分子的振轉(zhuǎn)躍遷CQ分子二條最強(qiáng)的躍遷譜線(xiàn)3 百 “ =Ifiem J餐充。也與El031L 61pmQllOM.5W-E 】卯 ITI I 1N；THEC(VWm 勺點(diǎn) 10.6 Pm 00°l ->10«(J電激

13、光能級(jí)聯(lián)遷圖9.6 um 00Hl0200雖然有多條熒光譜線(xiàn)，但在激光器中能同時(shí)形成激光振蕩的只有 1至3條，這 是因?yàn)橥徽駝?dòng)能級(jí)的各轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)之間靠得很近，粒子在能級(jí)間轉(zhuǎn)移很快(10-7 10-8s),一旦某一轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)上的粒子躍遷后，其他能級(jí)上的粒子就會(huì)按玻爾茲曼分 布規(guī)律，轉(zhuǎn)移到這個(gè)能級(jí)上來(lái)，而其他能級(jí)上的粒子數(shù)減少，這就是轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的競(jìng) 爭(zhēng)效應(yīng).由于這種競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)，如果工作條件使得某條譜線(xiàn)的增益系數(shù)較大，則此譜 線(xiàn)首先起振，而同時(shí)抑制其他譜線(xiàn)振蕩.CC2激光器激光上能級(jí)的激發(fā)過(guò)程1)電子直接碰撞激發(fā)CC2(00°0) eCC2* (0001)e'式中：CC2*(00o1)

14、-CC2分子的激發(fā)態(tài)2)審級(jí)躍遷激發(fā)CC2(0000) eCC2*(000 3) e'CC2(000 3) CC2(0000)CC2*(000 3 1) CC2*(0001)3)共振轉(zhuǎn)移激發(fā)在CC2中摻有N2(氮)和CO它們被電子碰撞激發(fā)到各自的激發(fā)態(tài)，這些激發(fā)態(tài) 的分子可把能量轉(zhuǎn)移給 CC2基態(tài)，使CC2躍遷到00。1能級(jí)。N2分子：*N2 ( 3 1,2,3 ) CO2(0000)4(0) CO2*(000 3 1,2,3 ) ECO分子：0CO (1) CC2(0000)0CO( 0) CO2 (0001)4)復(fù)合過(guò)程放電過(guò)程中，有部分CO2分子會(huì)分解成CO和O,同時(shí)也存在CO和

15、O的復(fù)合 過(guò)程，在復(fù)合時(shí)，把原來(lái)分解時(shí)所需要的能重新釋放出來(lái)，使CQ分子激發(fā)到00o1 能級(jí) .這個(gè)過(guò)程比前三個(gè)過(guò)程起的作用小得多.被激發(fā)到激光上能級(jí)(00o1)的CQ分子，除了受激輻射引起衰減外，還存在一些其他因素使其衰減.我們把后者引起的衰減稱(chēng)為消激發(fā).引起消激發(fā)的主要原因:碰撞和擴(kuò)散.CO2激光器激光下能級(jí)的弛豫由于CO2分子激光下能級(jí)1000和02o0的輻射壽命很長(zhǎng)，從激光上能級(jí)躍遷到這兩個(gè)能級(jí)的粒子,不能靠自發(fā)輻射很快返回到基態(tài),這必然會(huì)降低粒子反轉(zhuǎn)數(shù)為盡快抽空下能級(jí),必須靠與其他粒子碰撞.碰撞抽空下能級(jí)的弛豫過(guò)程分為兩步進(jìn)行 :第一步 : 10o0 和 02o0 能級(jí)的馳豫CO2(

16、1000) CO2(0000)2CO2(0110) 52cm 10011CO2(0200) CO2(0000)2CO2(0110) 50cm 1第二步 :0110能級(jí)的馳豫CO2(0110) CO2(0000)2CO2(0000) 667cm 1CO2(0110) MCO2(0000)E實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),CO2激光下能級(jí)的“抽空”主要是靠氣體分子間碰撞，而不是靠與管壁碰撞.所以放電管直徑的大小對(duì)輸出的影響不大,特別是大功率激光器更是如此.因此,CO2激光器不象He-Ne激光器那樣一定要用很細(xì)的毛細(xì)管.CQ激光器產(chǎn)生激光CQ激光器中，主要的工作物質(zhì)由CC2,氮?dú)猓獨(dú)馊N氣體組成。其中CO2 是產(chǎn)生激光

17、輻射的氣體、氮?dú)饧昂鉃檩o助性氣體。加入其中的氦，可以加速0110能級(jí)熱弛預(yù)過(guò)程，因此有利于激光能級(jí) 1000及0200的抽空。氮?dú)饧尤胫?要在CC2激光器中起能量傳遞作用，為CC2激光上能級(jí)粒子數(shù)的積累與大功率高 效率的激光輸出起到強(qiáng)有力的作用。在放電管中，通常輸入幾十 mA或幾百mA的直流電流。放電時(shí)，放電管中的混合氣體內(nèi)的氮分子由于受到電子的撞擊而被激發(fā)起來(lái)。這時(shí)受到激發(fā)的氮分子便和CQ分子發(fā)生碰撞，N2分子把自己的能量傳遞給 CC2分子，CC2分子從低 能級(jí)躍遷到高能級(jí)上形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生激光。六、CQ激光器的應(yīng)用工業(yè)應(yīng)用CQ激光器在激光加工方面占主導(dǎo)地位，它廣泛的用于焊接，切割，

18、熱處理和清洗等方面，輸出激光的質(zhì)量和功率都有很明確的要求。因此，工業(yè)中的CO2激光器要有高質(zhì)量的激光光束和穩(wěn)定的輸出功率。（1） CQ激光器切割技術(shù)激光切割技術(shù)廣泛應(yīng)用于金屬和非金屬材料的加工中，可大大減少加工時(shí)間， 降低加工成本，提高工件質(zhì)量。激光切割是應(yīng)用激光聚焦后產(chǎn)生的高功率密度能量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。與傳統(tǒng)的板材加工方法相比，激光切割其具有高的切割質(zhì)量、高的切割速度、高的柔性（可隨意切割任意形狀）、廣泛的材料適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)。CQ激光器的焊接技術(shù)激光焊接是一種材料連接方法，主要是金屬材料之間連接的技術(shù)。它和傳統(tǒng)的焊接技術(shù)一樣，通過(guò)將連接區(qū)的部分材料熔化而將兩個(gè)零件或部件連接起來(lái)。因?yàn)榧す饽芰扛叨燃?/p>

19、，加熱、冷卻的過(guò)程及其迅速，一些普通焊接技術(shù)難以加工的如脆性大、硬度高或柔軟性強(qiáng)的材料，用激光很容易實(shí)現(xiàn)。另一方面，在激光焊接過(guò)程中無(wú)機(jī)械接觸，易保證焊接部位不因受力而發(fā)生變形，通過(guò)熔化最小數(shù)量的物質(zhì)實(shí)現(xiàn)合金連接，從而大大提高焊接質(zhì)量，提高生產(chǎn)率。激光焊的焊縫深度比大，而焊縫熱影響區(qū)極小，質(zhì)量好。例如： 金屬薄板的焊接，低功率激光可以切割和焊接塑料；高功率激光可以切割和焊接金屬。電池焊接，鋰電池的生產(chǎn)工序如極耳焊接、安全閥焊接、負(fù)極焊接、 外殼密封焊接使用激光焊接為最佳工藝，需要配備的激光焊接機(jī)的品種和數(shù)量十分巨大。醫(yī)療應(yīng)用近 20 年來(lái)激光技術(shù)在醫(yī)療有著飛速的進(jìn)步，許多疾病和先天性的疾病都可

20、以被成功地根治。與其他激光手術(shù)相比，CO2激光手術(shù)刀具有切割能力強(qiáng)，組織吸收系數(shù)大， 組織穿透濃度較?。s），手術(shù)時(shí)不易傷及動(dòng)脈血管等，使得連續(xù) CQ激光被大 量用于外科手術(shù)臨床治療。但是連續(xù)CO2激光在臨床上激光對(duì)組織的損傷屬非選擇性的， 手術(shù)治療后常 常伴隨著皮膚疤痕等副作用。超脈沖CQ激光器采用先進(jìn)的脈沖技術(shù)和 PWM電源控制技術(shù)，不但有連續(xù) CQ激光手術(shù)刀的共同特點(diǎn)，而且激光手術(shù)引起的組織反應(yīng)較輕，對(duì)周?chē)M織的 損傷小，也縮短時(shí)間，治療時(shí)產(chǎn)生煙霧少，視野清晰。中國(guó)的激光醫(yī)療技術(shù)與西方相比水平并不低，且中國(guó)有十幾億人口，故激光醫(yī)療器械的潛在需求巨大，今后， 我國(guó)激光醫(yī)療器械市場(chǎng)將迎來(lái)一個(gè)

21、新的繁榮期，超脈沖CO2 激光將在這一大浪中起舉足輕重的地位軍事應(yīng)用（ 1）激光制導(dǎo)應(yīng)用CO2 激光相干成像雷達(dá)進(jìn)行機(jī)載反坦克導(dǎo)彈的精確制導(dǎo)的研究，是1977 年由麻省理工學(xué)院的林肯實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始的，實(shí)驗(yàn)室于1981 年研制成功并進(jìn)行了演示試驗(yàn)。早在20 世紀(jì) 70 年代末，美國(guó)國(guó)防先進(jìn)技術(shù)研究計(jì)劃局就決定把CO2激光相干成像雷達(dá)作為第二代巡航導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)的主攻方向，現(xiàn)已到了技術(shù) 基本成熟階段。目前CMAG技術(shù)已應(yīng)用在空中發(fā)射的先進(jìn)戰(zhàn)略巡航導(dǎo)彈 AGM-129A上，使其目標(biāo)精度由原來(lái)的40m提高到3m,提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。美國(guó) 前麥道公司為空軍研制的一種全天候 CQ激光相干成像雷達(dá)，于1988年進(jìn)行

22、了樣機(jī)演示，預(yù)計(jì)裝在戰(zhàn)斧改型巡航導(dǎo)彈上。（ 2）激光武器激光武器作為一種新概念武器,與傳統(tǒng)常規(guī)武器相比,以其速度快,方向性好,能量密度高,作戰(zhàn)耗費(fèi)比高等優(yōu)點(diǎn),成為新世紀(jì)武器中的新寵.高能激光武器在軍事應(yīng)用的方面扮演著越來(lái)越重要的角色,代表著未來(lái)武器的發(fā)展方向,將徹底改變目前的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境和作戰(zhàn)方式，使未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的形態(tài)發(fā)生了深刻變革.高能氣動(dòng)CO2激光器輸出功率大,曾被各國(guó)設(shè)計(jì)用于研制高能激光武器。激光導(dǎo)彈防御或稱(chēng)激光反導(dǎo)的基本特征是：用由光速的高能激光去摧毀聲速運(yùn)行的導(dǎo)彈或其它飛行固體。我們可以說(shuō)這方面是CQ激光器的天下，因?yàn)樗幸恍┩怀龅膬?yōu)點(diǎn)。目前在陸軍中采用的陸基小型激光反導(dǎo)系統(tǒng)、空軍采用的機(jī)載

23、激光反未來(lái)的CO2激光武器主要的特點(diǎn)是超高功率和高便攜性。高能激光器是未來(lái)戰(zhàn)斗系統(tǒng)的重要組成部分，將在反監(jiān)視、主動(dòng)保護(hù)、防空和清除暴露地雷等方面做出貢獻(xiàn)。未來(lái)的CQ激光武器將向著高功能、便攜式、殺傷力強(qiáng)發(fā)展。環(huán)境應(yīng)用荷蘭納米根大學(xué)，使用L3s二氧化碳激光器做有關(guān)農(nóng)業(yè)加工、氣體分析方面 的研究，同時(shí)他們還使用 ACCESS LASER COMPANY光器研究聲光光譜學(xué)。幾 年前該大學(xué)的數(shù)名教授和研究人員已經(jīng)成立了自己的公司Sensor Sense .目前開(kāi)始批量生產(chǎn)用于環(huán)境測(cè)量，農(nóng)業(yè)和工業(yè)過(guò)程監(jiān)控，以及有關(guān)國(guó)家安全的檢測(cè)設(shè)備。該檢測(cè)設(shè)備利用CO2激光光譜吸收乙烯氣體，用高靈敏度氣體探頭探測(cè)乙烯

24、含量。（ 1）蔬菜水果儲(chǔ)存環(huán)境的監(jiān)控乙烯是水果成熟的一個(gè)重要而敏感的標(biāo)志。保守估計(jì)全球至少25 40的農(nóng)作物在采收后被損失掉。目前普遍采用的是CA，即低溫低氧、CQ高含量環(huán)境。根據(jù)測(cè)量乙烯含量來(lái)確認(rèn) CA的條件，從而減少 損失。水果儲(chǔ)藏光聲光譜： 通過(guò)感應(yīng)散發(fā)的特定氣體，可以控制水果成熟的速度正在成熟中的水果。光聲光譜靈敏度可達(dá)200ppt.(2)真菌研究(用于谷物蔬菜收獲后的保存技術(shù))(3)固氮過(guò)程研究(NIOO-CEMO, Yersekg用該儀器在藍(lán)藻研究上取得成功)七、CQ激光器發(fā)展特點(diǎn)發(fā)展歷史1封離式慢速軸流橫流快速軸流渦輪風(fēng)機(jī)快速軸流擴(kuò)散型SLAB出現(xiàn)年代20世紀(jì)70年代中 期20世

25、紀(jì)80年代早 期20世紀(jì)80年代中 期20世紀(jì)80年代后 期20世紀(jì)90年代早 期20世紀(jì)90年代中 期功率5001000200005000100005000光束質(zhì)量MF因子不穩(wěn)定105光束質(zhì)量Kt因子不穩(wěn)定535179CO2激光器具有體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)困難，金屬對(duì)仙 m波長(zhǎng)的激光不能夠很好的吸收，不能采用光纖傳輸激光以及焊接時(shí)光致等離子體嚴(yán)重等缺點(diǎn)。從上表可以看出，早期的CO2激光器取向激光功率提高的方向發(fā)展，單當(dāng)激 光功率達(dá)到一定要求后，激光器的光束質(zhì)量受到重視，激光器的發(fā)展隨之轉(zhuǎn)移到 提高光束質(zhì)量上。接近衍射極限的擴(kuò)散冷卻板條式 CQ激光器具有較好的光束質(zhì) 量，一經(jīng)推出就得到了廣泛的

26、應(yīng)用，尤其是在激光切割領(lǐng)域，受到眾多企業(yè)的青 睞。發(fā)展現(xiàn)狀CO2激光器從誕生到現(xiàn)在的近 50年時(shí)間里一直被人類(lèi)所關(guān)注，二氧化碳激 光器是以CQ氣體作為工作物質(zhì)的氣體激光器。CO2激光器是一種比較重要的氣 體激光器，目前對(duì)CO2激光器的研究方向主要朝一下幾個(gè)方面16：第一，高效率的CO2激光器。顯然，相對(duì)于固體激光器具效率是非常高的，但是總體而言，相對(duì)于CC2激光器本身其效率還是相對(duì)較低的。第二，小體積多功能CC2激光器。目前大部分的CC2激光器功能單一，只能夠從事某一項(xiàng)非常具體的工作。 我 們知道大型醫(yī)院里使用的CC2祛斑激光器和CC2除毛激光器，他們的體積都非常 的龐大，但是結(jié)構(gòu)基本相同。使

27、用多功能 CC2激光器的話(huà)，占用的體積小，而且 售價(jià)相對(duì)也低了許多。第三，高功率CC2激光器高功率一直都是軍方的追求目標(biāo)，在這方面國(guó)內(nèi)的一些軍工企業(yè)的研究水平還是相對(duì)落后。美國(guó)空軍最早開(kāi)始著手研究高功率CO2 激光器。1975 年，也就是CO2誕生的H一周年，美國(guó)空軍醫(yī)研制出功率達(dá)到 30KW級(jí)別的CQ激光器。 1988年，研究的CQ激光器的輸出功率已達(dá)到380KW。目前根據(jù)美國(guó)軍方公布 的部分?jǐn)?shù)據(jù)，研制的CO2 激光器輸出功率已達(dá)到千萬(wàn)瓦級(jí)別。第四，工業(yè)技術(shù)的研究CQ激光器在激光加工方面占主導(dǎo)地位，它廣泛的用于焊接，切割，熱處理和清洗等方面，輸出激光的質(zhì)量和功率都有很明確的要求。因此，工業(yè)中的CO2激光器要有高質(zhì)量的激光光束和穩(wěn)定的輸出功率。在這個(gè)方面我們一直跟在國(guó)外公司的后面，畢竟我們?cè)诠I(yè)方面的研究晚了近十年。在企業(yè)中，使用較多的CQ激光器為美國(guó)的大通公司所生產(chǎn)的。發(fā)展前景未來(lái)的CC2激光器將朝著以下幾個(gè)方向發(fā)展：(1)高功率橫流CC2激光器。金剛石工具、汽車(chē)齒輪、汽車(chē)安全氣囊氣體發(fā)生器等焊接中的應(yīng)用，激光表面淬火與熔覆工藝及其在鋼鐵軋輥表面熔凝淬火、石油化工零件表面修復(fù)等方面的