文档介绍：华中科技大学
硕士学位论文
高功率板条波导CO<,2>激光器电极结构分析与设计
姓名:饶恒锐
申请学位级别:硕士
专业:物理电子学
指导教师:唐霞辉
20080531
摘要
本文旨在设计高功率板条波导 CO2 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 CO2 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 CO2 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 CO2 激光器提供了有益的技术探索。

关键词:板条波导 CO2 激光器面积放大扩散冷却温度场热交换
水冷结构

I
Abstract
The thesis aims to design the electrode structure and its water cooling system of high
power slab waveguide CO2 laser. The size of the discharging electrodes is chosen based on
“Power scaling of Large-area” theory. According to the related theory of heat transfer,
electrodes structure is designed to meet the requirement, temperature distribution of gas in
discharge area is analyzed, the correlated parameters of the heat exchange system are
calculated, reasonable and effective water electrode cooling system is designed. Further
researches are as following:
(1) Advantages and disadvantages of the plate structure and waveguide array structure
pared On the basis of research results of RF excited slab CO2 laser at home and
abroad. Plate structure is simple and can be realized easily, so it is used widely in slab
waveguide CO2 laser. But paction of the laser devices is limited when increases
output power.
(2) The “Power scaling large-area” theory was deducted. At determined gas
temperature profile and mixing proportion, the calculating result of ratio out power is
present.
(3) According to the relevant discharging theory