二氧化碳激光器

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二氧化碳激光器,可称“隐身人”,因为它发出的激光波长为10.6 微米,“身”处红外区,肉眼不能觉察,它的工作方式有连续、脉冲两种。连续方式产生的激光功率可达20 千瓦以上。脉冲方式产生波长10.6 微米的激光也是最强大的一种激光。人们已用它来“打”出原子核中的中子。二氧化碳激光器的出现是激光发展中的重大进展,也是光武器和核聚变研究中的重大成果。最普通的二氧化碳激光器是一支长1 米左右的放电管。它的一端贴上镀金反射镜片,另一端贴一块能让10.6微米红外光通过的锗平面镜片作为红外激光输出镜。一般的玻璃镜片不让这种红外光通过,所以不能做输出镜。放电管放电时发出粉红色的自发辐射光,它产生的激光是看不见的,在砖上足以把砖头烧到发出耀眼的白光。  

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二氧化碳激光器是以CO2气体作为工作物质的气体激光器。放电管通常是由玻璃或石英材料制成,里面充以CO2气体和其他辅助气体(主要是氦气和氮气,一般还有少量的氢或氙气);电极一般是镍制空心圆筒;谐振腔的一端是镀金的全反射镜,另一端是用锗或砷化镓磨制的部分反射镜。当在电极上加高电压(一般是直流的或低频交流的),放电管中产生辉光放电,锗镜一端就有激光输出,其波长为10.6微米附近的中红外波段;一般较好的管子。一米长左右的放电区可得到连续输出功率40~60瓦。CO2激光器是一种比较重要的气体激光器。这是因为它具有一些比较突出的优点:  

第一

它有比较大的功率和比较高的能量转换效率。一般的闭管CO2激光器可有几十瓦的连续输出功率,这远远超过了其他的气体激光器,横向流动式的电激励CO2激光器则可有几十万瓦的连续输出。此外横向大气压CO2激光器,从脉冲输出的能量和功率上也都达到了较高水平,可与固体激光器媲美。CO2激光器的能量转换效率可达30~40%,这也超过了一般的气体激光器。  

第二

它是利用CO2分子的振动-转动能级间的跃迁的,有比较丰富的谱线,在10微米附近有几十条谱线的激光输出。近年来发现的高气压CO2激光器,甚至可做到从9~10微米间连续可调谐的输出。  

第三

它的输出波段正好是大气窗口(即大气对这个波长的透明度较高)。除此之外,它也具有输出光束的光学质量高,相干性好,线宽窄,工作稳定等优点。因此它在国民经济和国防上都有许多应用,如应用于加工(焊接、切割、打孔等),通讯、雷达、化学分析,激光诱发化学反应,外科手术等方面。  

军事应用

应用CO2激光相干成像雷达进行机载反坦克导弹的精确制导的研究,是1977年由麻省理工学院的林肯实验室开始的,实验室于1981年研制成功并进行了演示试验。早在20世纪70年代末,美国国防先进技术研究计划局(Defence Advanced Research Projects Agency)就决定把CO2激光相干成像雷达作为第二代巡航导弹制导系统的主攻方向,现已到了技术基本成熟阶段。DARPA和美国空军航空系统分部主持的巡航导弹先进制导(CMAG,Cruise Missile Advanced Guidence)预研计划,1977~1989年完成了研究计划,并完成了飞行演示实验,进一步研制了CO2激光主动成像雷达导引头工程样机。目前CMAG技术已应用在空中发射的先进战略巡航导弹AGM-129A上,使其目标精度由原来的40m提高到3m,提高一个数量级。美国前麦.道公司为空军研制的一种全天候CO2激光相干成像雷达,于1988年进行了样机演示,预计装在战斧(Tomahawk)改型巡航导弹上。

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