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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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  由(1)式知,生成碱式碳酸铜所必须的物质有铜、二氧化碳、水和氧气。在IEL-A系列轴快流CO2激光器中,阴极基座、阳极基座等附件是用铜材加工而成的,另外激光器的工作气体中含有二氧化碳,水主要来源于工作气体,因为国内厂商提供的气体含水量大多数都偏高,氧气主要来源于二氧化碳的电离(电离的主要产物之一是氧原子,它的氧化性比氧气分子还强)。

  CO2︱e 〉CO︱O                            (3)

  这样就具备了生成碱式碳酸铜的物质条件,当然水和氧的另一来源是谐振腔漏气。

  由于碱式碳酸铜的生成在常温下就能进行,而激光器阳极是经过冷却的放电气流流进的电极,附近温度较低,所以在阳极附近的铜基材表面就生成了碱式碳酸铜。当然,在激光器放电管放电时,由于高压电场的作用,在阳极附近的铜容易失去电子,而混在气体中的氧是各种原子、分子(CO2、CO、N2、He)中得电子能力最强的粒子,于是得电子并带负电的氧离子在电场作用下向阳极运动。在阳极附近与水、二氧化碳和失去电子的铜离子结合,生成了碱式碳酸铜,这其中高压电场便成了碱式碳酸铜生成的一个催化条件。在阴极,由于放电形成的带负电的氧离子会远离阴极向阳极运动,同时阴极的铜基材不会失去电子,再由于阴极是高温放电气流流出的电极,所以温度偏高,较难具备碱式碳酸铜的生成条件,因而阴极基材表面没有碱式碳酸铜生成。

  2.3、碱式碳酸铜对激光器正常放电的影响分析

  碱式碳酸铜很容易分解。在高电压、强电场的作用下,它会失去电子,这些电子经过金属导体并在电源的作用下向阳极流动,而由于失去电子,碱式碳酸铜的结构也变得不稳定,于是便会分裂形成铜离子、二氧化碳、分子水分子和氧原子、氧分子以及它们的正离子等。当然铜离子会附着在基材表面,但二氧化碳分子、水分子和氧原子、氧分子以及它们的正离子等会游离到工作气体中,它们不带电或带正电,在电场的作用下会向阴极运动,并在此过程中吸收电子而变成阴离子或中性粒子。这个过程很快,大部分发生在离开阳极铜基材表面5-10mm的空间,这样这些阴离子在高压电场的作用下又回到阳极铜基材表面,二氧化碳分子、水分子形成的阴离子在这里又失去电子变成分子,并与阴性氧离子和阳性铜离子结合重新生成碱式碳酸铜。这一过程循环往复,就可看到湍流放电。湍流放电对激光器的显著影响是造成放电管局部放电抖动、紊乱,当电流进一步加大时会形成全部放电管放电抖动、紊乱,最终导致输出功率大幅下降,直至不能正常工作。

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