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直流激励轴快流CO2激光器非正常放电研究

2013-03-12 01:58
木中君
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  2、谐振腔异常放电与腔内腐蚀成因分析

  2.1、异常放电

  轴快流CO2激光器放电,其主要的发光区是正柱区。正常放电时它呈现明亮的紫红色,光色均匀,无明显的丝状或湍流。对于NEL-A系列轴快流CO2激光器,在工作一段时间之后一般会发现它的放电出现丝状或湍流现象,其中丝状放电是由于流量计工作异常或漏气而致He、CO2、N2比例失调引起的,而湍流放电(湍流放电必有丝状放电伴随,而丝状放电则不一定有湍流放电伴随)除腔结构本身的原因外,主要是由于腔内腐蚀所致,也是致使谐振腔非正常放电的主要原因。IEL-A系列轴快流CO2激光器中的湍流放电现象主要发生在阳极,具体表现为阳极附近铜质材料内表面也有放电,这样的放电呈现多阳极特点。即铜质材料内表面受腐蚀点位都可能放电,而且由于放电面积大且不稳定,于是便表现为湍流放电。对于轴快流CO2激光器,虽然需要气流呈现湍流流动,这样利于保持气体放电的空间均匀性,但不需要放电也呈现湍流状,这是明显的空间放电不均匀的表现,会导致激光器输出功率的明显下降,严重时会使激光器不能正常使用。

  2.2、碱式碳酸铜的形成过程

  图2(a)为后端板上折反镜处铜套腐蚀情况,图2(b)为中部阳极座铜质固定夹板腐蚀情况,图2(c)为阳极座腐蚀情况。

  从图2可以看到,在这些铜质材料的内表面或多或少地都附着一层绿色的絮状物,通过化学分析知其主要成分为碱式碳酸铜。在对谐振腔的拆解过程中,发现在阴极附近不存在这样的腐蚀。因此,下面主要分析阳极附近的碱式碳酸铜是如何形成的。

  碱式碳酸铜是铜与空气中的氧气、二氧化碳和水蒸气发生化学反应所产生的物质,又称铜锈,颜色翠绿。其生成的化学方程式为:

  2Cu︱CO2︱H2O︱O2—Cu2(OH)2CO3             (1)

  碱式碳酸铜按CuO·CO2·H2O物质的量比值的不同存在十几种形式的化合物,其分子式也可写为CuCO3·Cu|(OH)2·xH2O,分解温度为200˙C,在空气中加热会分解为氧化铜、二氧化碳和水。其分解化学方程式为:

  Cu2(OH)2CO3—CuO︱CO2︱H2O               (2)

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