射頻激勵(lì)CO2激光器放電腔熱應(yīng)力的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、射頻激勵(lì)CO2激光器在激光加工領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,但工程實(shí)際運(yùn)用中,激光器存在功率不穩(wěn)定、持續(xù)工作時(shí)間短等問(wèn)題,嚴(yán)重影響激光器的工作效率,加大生產(chǎn)成本。激光器放電腔在高穩(wěn)定性的激光輸出、實(shí)現(xiàn)激光器件的緊湊性、小型化等方面發(fā)揮著重要作用,激光器的工作氣體儲(chǔ)存在激光器的放電腔中。工作氣體溫度升高會(huì)導(dǎo)致輸出功率下降;不均勻的溫度分布會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力,造成放電腔內(nèi)部的變形。本文基于激光器放電腔的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的數(shù)值模擬,通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析,確定了放電腔的結(jié)

2、構(gòu)和裝配方案,對(duì)解決激光器在工程實(shí)際運(yùn)用中輸出功率不穩(wěn)定等問(wèn)題具有重要意義和實(shí)用價(jià)值。本文研究的內(nèi)容主要有:
　　(1)概述了射頻激勵(lì) CO2激光器的研究現(xiàn)狀及其優(yōu)缺點(diǎn),分析了工程生產(chǎn)過(guò)程中遇到的實(shí)際問(wèn)題,以及將問(wèn)題集中在激光器放電腔的原因,簡(jiǎn)要說(shuō)明了溫度因素和熱應(yīng)力對(duì)激光器放電腔的影響。
　　(2)運(yùn)用有限元仿真技術(shù),對(duì)激光器運(yùn)行過(guò)程中放電腔的溫度分布和熱變形進(jìn)行了仿真,由于放電腔內(nèi)部各個(gè)部件之間的裝配間隙過(guò)大,精度不高、

3、裝配過(guò)程不規(guī)范、溫度分布不均勻等原因,會(huì)造成激光器放電腔內(nèi)部電極的變形,從而影響激光氣體的電離,導(dǎo)致不必要的功率損耗。為了解決上述問(wèn)題,提出了激光器放電腔的四種改進(jìn)裝配方案,并分別對(duì)這四種方案進(jìn)行了溫度場(chǎng)分布和熱變形情況的數(shù)值模擬。通過(guò)五種數(shù)值模擬結(jié)果的對(duì)比分析,得出方案二的模擬結(jié)果總體最優(yōu),作為最終實(shí)驗(yàn)對(duì)象。
　　(3)為驗(yàn)證方案二放電腔的性能,取方案二中放電腔和工程實(shí)際中放電腔各五根,組裝成十臺(tái)激光器,分別在相同的工作環(huán)境下連