二氧化碳激光器的定義分析
二氧化碳激光器，可稱“隱身人”，因為它發(fā)出的激光波長為10.6 微米，“身”處紅外區(qū)，肉眼不能覺察，它的工作方式有連續(xù)、脈沖兩種。
連續(xù)方式產(chǎn)生的激光功率可達(dá)20 千瓦以上。脈沖方式產(chǎn)生波長10.6 微米的激光也是最強(qiáng)大的一種激光。
人們已用它來“打”出原子核中的中子。二氧化碳激光器的出現(xiàn)是激光發(fā)展中的重大進(jìn)展，也是光武器和核聚變研究中的重大成果。
最普通的二氧化碳激光器是一支長1 米左右的放電管。它產(chǎn)生的激光是看不見的，在磚上足以把磚頭燒到發(fā)出耀眼的白光。二氧化碳激光于1964年首次運(yùn)用其波長為10.6μm。
二氧化碳激光器的產(chǎn)品分類
廢熱被拒的方式對激光系統(tǒng)設(shè)計有很大的影響。原則上，有兩種可能的方式。第一種方式是基于自動處理自然擴(kuò)散熱氣到管墻，運(yùn)作原理就是密封和慢軸流激光。第二種是基于氣體強(qiáng)迫對流，其運(yùn)作原理就是快軸流激光。大體上，主要有五種二氧化碳激光：
圖表：五種二氧化碳激光
二氧化碳激光器的應(yīng)用領(lǐng)域
二氧化碳激光器是目前連續(xù)輸出功率較高的一種激光，它發(fā)展較早，商業(yè)產(chǎn)品較為成熟，被廣泛應(yīng)用到材料加工、醫(yī)療使用、軍事武器、環(huán)境量測等各個領(lǐng)域。
圖表：二氧化碳激光器的應(yīng)用領(lǐng)域
軍事應(yīng)用
應(yīng)用CO2激光相干成像雷達(dá)進(jìn)行機(jī)載反坦克導(dǎo)彈的精確制導(dǎo)的研究，是1977年由麻省理工學(xué)院的林肯實驗室開始的，實驗室于1981年研制成功并進(jìn)行了演示試驗。早在20世紀(jì)70年代末，美國國防先進(jìn)技術(shù)研究計劃局(Defence Advanced Research Projects Agency)就決定把CO2激光相干成像雷達(dá)作為第二代巡航導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)的主攻方向，現(xiàn)已到了技術(shù)基本成熟階段。
DARPA和美國空軍航空系統(tǒng)分部主持的巡航導(dǎo)彈先進(jìn)制導(dǎo)(CMAG，Cruise Missile Advanced Guidence)預(yù)研計劃，1977~1989年完成了研究計劃，并完成了飛行演示實驗，進(jìn)一步研制了CO2激光主動成像雷達(dá)導(dǎo)引頭工程樣機(jī)。
CMAG技術(shù)已應(yīng)用在空中發(fā)射的先進(jìn)戰(zhàn)略巡航導(dǎo)彈AGM-129A上，使其目標(biāo)精度由原來的40m提高到3m，提高一個數(shù)量級。美國前麥·道公司為空軍研制的一種全天候CO2激光相干成像雷達(dá)，于1988年進(jìn)行了樣機(jī)演示，預(yù)計裝在戰(zhàn)斧(Tomahawk)改型巡航導(dǎo)彈上。
民用
因為二氧化碳激光器能達(dá)到的功率非常高，經(jīng)常用來做工業(yè)的切割機(jī)，而低功率的激光器常常用來雕刻。此外，由于水在二氧化碳激光器的發(fā)光頻率極容易揮發(fā)，因此也常常被用來做激光嫩膚 ，磨皮等激光手術(shù)。
軍用
由于大氣層對紅外線的阻擋能力很弱，因此常被用來做激光武器。
二氧化碳激光器行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈介紹
圖表：二氧化碳激光器行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈介紹
中國二氧化碳激光器行業(yè)發(fā)展特點分析
(1)高功率橫流CO2激光器
高功率橫流CO2激光器，用于激光加工和熱處理，激光器的整機(jī)呈一體化的箱體。箱體的上箱體中置有一體化的放電室、熱交換器、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、進(jìn)出口導(dǎo)流器以及光學(xué)諧振腔，箱體的下箱體中置有激光電源、充放氣系統(tǒng)、真空泵、鎮(zhèn)流電阻箱和控制盒。與已有技術(shù)相比具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝調(diào)試和維修方便、激光器的工作效率高，整機(jī)的體積可以小型化的特點。它主要應(yīng)用于金剛石工具、汽車齒輪、汽車安全氣囊氣體發(fā)生器等焊接中的應(yīng)用，激光表面淬火與熔覆工藝及其在鋼鐵軋輥表面熔凝淬火、石油化工零件表面修復(fù)等方面的特殊應(yīng)用。
(2)聲光調(diào)QCO2激光器
為滿足激光測距、環(huán)境探測、空間通訊及激光與物質(zhì)相互作用機(jī)理研究等領(lǐng)域應(yīng)用要求，研制了聲光調(diào)QC02激光器。針對影響聲光調(diào)QCO2：激光器輸出的各種因素，利用調(diào)Q脈沖激光器速率方程對該激光器輸出的主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了理論分析和計算，提出了聲光調(diào)QCO2：激光器優(yōu)化設(shè)計的方法，并進(jìn)行了驗證實驗。
激光器脈沖重復(fù)頻率為lHz～50kHz，在lkHz運(yùn)轉(zhuǎn)時獲得的輸出激光脈沖寬度為180ns，峰值功率為4062W，與理論計算基本一致。結(jié)果證明：通過聲光晶體(AO)的優(yōu)選及諧振腔的合理設(shè)計?？蓪崿F(xiàn)小型CO2激光器的高重頻、窄脈寬，高峰值功率輸出，并可通過光柵選線的設(shè)計方式和TTL信號控制實現(xiàn)此類激光器的波長調(diào)諧和編碼輸出。
(3)緊湊型長壽命射頻激勵波導(dǎo)CO2激光器
為了使CO2激光器在工業(yè)加工及 事上有 廣泛的應(yīng)用,采用鋁合金拉制型材作為激光器殼體、盤裝電感代替?zhèn)鹘y(tǒng)線繞電感的結(jié)構(gòu)以及全金屬封接工藝等,研制出一種緊湊型長壽命射頻激勵波導(dǎo)CO2激光器.可連續(xù)輸出或在不高于20kHz調(diào)制頻率下脈沖輸出, 輸出功率30W,實測工作壽命超過1500h,存儲壽命超過1.5a.結(jié)果表明,這種激光器具有結(jié)構(gòu)緊湊、輸出功率穩(wěn)定、工作壽命長、可連續(xù)及脈沖調(diào)制工作等特點,除了能滿足各種材料的加工,也可在 事上應(yīng)用。
4)新型便攜式TEACO2激光器
它是一種新型便攜式橫向激勵大氣壓CO2激光器。該激光器采用4節(jié)5號充電電池直流供電,在1Hz重復(fù)頻率條件下,可連續(xù)工作1h.激光器整機(jī)(包括電源及控制系統(tǒng))尺寸為200nm×200mm×360mm,質(zhì)量小于8kg.激光器使用紫外電暈預(yù)電離方式,放電均勻、穩(wěn)定.自由振蕩情況下,激光脈沖輸出能量達(dá)到35mJ,輸出脈沖寬度為70ns。
(5)高功率連續(xù)CO2激光器
針對直升飛機(jī)發(fā)動機(jī)渦輪葉片采用連續(xù)激光熔覆出現(xiàn)裂紋及葉片變形的問題,在5kW連續(xù)橫流CO2激光器上,采用新的電源控制方案,通過軟件及相關(guān)控制,實現(xiàn)了脈沖激光功率輸出.克服了采用高功率開關(guān)電源帶來的成本和穩(wěn)定性問題.且脈沖調(diào)制頻率可達(dá)到5Hz,調(diào)制占空比可達(dá)到5%～ .當(dāng)采用4kW峰值功率,4Hz脈沖重復(fù)頻率,占空比為20%時,在發(fā)動機(jī)葉片K403合會表面進(jìn)行合金粉末StelliteX-40的熔覆實驗.結(jié)果表明,熔覆后熱影響區(qū)比連續(xù)激光減少50%,硬度提高5%,界面結(jié)合性能與母材相當(dāng),無熔覆裂紋及葉片變形。
多年來，我國國家科技計劃對軸流CO2激光器和橫流CO2激光器做了大量消化吸收工作。中、美、日、俄研發(fā)的橫流CO2激光器，功率大，但因光束質(zhì)量不是很好，主要用于再制造和熱處理。由德國開發(fā)的軸流CO2激光器由于光束質(zhì)量好，所以已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于激光焊接和切割。但是由于軸流CO2激光器造價高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)費高、運(yùn)行費高，中小企業(yè)難以接受，導(dǎo)致其在推廣應(yīng)用方面進(jìn)展緩慢，因此軸流CO2激光器顯然不是我國CO2激光器發(fā)展方向。
圖表：中國二氧化碳激光器行業(yè)發(fā)展特點
中國二氧化碳激光器行業(yè)市場規(guī)模分析
調(diào)查顯示，2016年中國二氧化碳激光器市場規(guī)模約為10.23億元，近年來，由于經(jīng)濟(jì)、科技的發(fā)展，2020年中國二氧化碳激光器市場規(guī)模為17.52億元，2016-2021年二氧化碳激光器市場規(guī)模呈現(xiàn)持續(xù)增長的態(tài)勢，增長率在9%-16%之間。
圖表：2016-2021年中國二氧化碳激光器市場規(guī)模分析
智研瞻產(chǎn)業(yè)研究院專注于中國產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)情報及研究，目前主要提供的產(chǎn)品和服務(wù)包括傳統(tǒng)及新興行業(yè)研究、商業(yè)計劃書、可行性研究、市場調(diào)研、專題報告、定制報告等。涵蓋文化體育、物流旅游、健康養(yǎng)老、生物醫(yī)藥、能源化工、裝備制造、汽車電子、農(nóng)林牧漁等領(lǐng)域，還深入研究智慧城市、智慧生活、智慧制造、新能源、新材料、新消費、新金融、人工智能、“互聯(lián)網(wǎng)+”等新興領(lǐng)域。
二氧化碳激光器行業(yè)市場前景如何?智研瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2022-2028年中國二氧化碳激光器行業(yè)分析報告-市場供需現(xiàn)狀與發(fā)展動向研究》詳細(xì)分析了二氧化碳激光器行業(yè)相關(guān)定義 、全球二氧化碳激光器行業(yè)市場發(fā)展現(xiàn)狀、中國二氧化碳激光器產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境、中國二氧化碳激光器行業(yè)運(yùn)行情況、中國二氧化碳激光器所屬行業(yè)運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測、中國二氧化碳激光器市場格局、中國二氧化碳激光器行業(yè)需求特點與動態(tài)、中國二氧化碳激光器行業(yè)區(qū)域市場現(xiàn)狀、中國二氧化碳激光器行業(yè)競爭情況、中國二氧化碳激光器行業(yè)發(fā)展前景分析與預(yù)測、中國二氧化碳激光器行業(yè)發(fā)展策略及投資建議等，幫助企業(yè)和投資者了解二氧化碳激光器行業(yè)市場投資價值。您若想對二氧化碳激光器行業(yè)有個系統(tǒng)的了解或者想投資二氧化碳激光器行業(yè)，本報告是您不可或缺的重要工具。
來源：行業(yè)市場報告