本发明涉及一种波导CO2激光器。 波导CO2激光器已有不少类型和应用。
La Recherche，1987，№ 193，1358介绍了由Laser Sonics公司商品化的手持式CO2激光治疗机，它采用了“多波导管”的波导CO2激光器。
Laser Focus，1987、6.介绍了一种折迭式波导激光器，它是使用“X”型环形波导谐振腔的四通道激光器，各种波导几何形状的波导直径为2.25mm。在“X”型环形激光器的情况下，输出功率80W，效率为11%。还介绍了英国赫尔大学Xin和Hall研制的多通道谐振腔实验的同轴横向射频放电装置和美国工艺研究中心研究的空心桥式波导阵列，其输出功率分别达到65W（单频）和105W。
王波、应用激光，Vol.6，1987，№3-4：55提出一种单模8W波导CO2激光器，它采用长300mm，口径为φ＝3mm的波导管，输出功率为8W。
上述激光器体积大，通用性较差，限制了CO2激光器的应用范围。
本发明的目的是提供一种具有通用结构、便于商品化的高功率微小型波导CO2激光器，实现装备CO2激光器的各类仪器小型化，降低仪器成本，拓宽CO2激光器的应用范围。
本发明采用封离式环状波导管横向激励方式，单通道或多通道。它由波导管、冷却水管、电极、储气管、通水管、全反射镜、红外光输出镜等部分组成。波导管为环状波导管，即波导管为环形横截面的圆柱管，波导管由内外波导管壁构成一个单支的波导通道，且位于内外冷却水管之间，波导管和冷却水管均封装在储气管内。两个电极可采用柱状高频电极，柱状内、外电极分别封装在内、外两个冷却水管内，并通水冷却。镀金全反射镜固定在储气管的端口。储气管用于存储工作气体。通水管供冷却液的进、出。
根据激光器输出功率与其体积大小的要求，其环状波导管的排列方式可以是单通道或多通道，即单支环状波导管组成单通道，N支环状波导管的平行并联组成N通道。为缩小激光器的长度，可用单通道或多通道的环状波导管构成折迭式的激光谐振腔，即单支环状波导管或多支已平行并联的环状波导管进行折迭式的串联、并在每个弯折处都用一个全反射镜耦合，组成激光谐振腔。波导管折迭的次数视需要而定。
内、外高频电极相距为3～6mm，采用镍片材料，用钨棒做接线柱。
本发明的工作原理如下，当波导激光管安装好两个反射镜片后充入一定气压、一定比例的工作气体（主工作气体CO2与其它辅助气体，例如He、N2、CO、Xe等），混合均匀后封离激光管。先同时对两个同轴地冷却管通冷却液（水）进行冷却，然后，内、外电极分别与高频电源连接。在外高频电源的电场作用下，波导放电管内的工作气体发生电离，并形成高离子体区，而由此产生的光子则以波导的形式沿环状波导管的侧壁传输，到达两端反射镜。经反射后，又耦合回波导管内，这样经过无数次往返，形成振荡。当腔内增益高于总损耗时，就形成激光，并从红外输出镜输出CO2激光。
激光功率的大小，在最佳工作气压、气体分压比、工作电流、反射镜反射率、透射率等确定之后，主要取决于波管内激光模体积的大小，或通俗地认为取决于波导管体积的大小，即P＝P（V）。当波导管的长度为L，环形宽为2a（此时2a可视为相当于圆柱形波导管的直径，或一维波导平板的厚度，它是由设计时所确定的一个常数），其环状管的横截面A为：
A＝π（Ro2-Ri2）
＝2πa R
式中，Ri、Ro分别为环形管内、外半径，2a＝Ro-Ri， R＝ 1/2 （Ro+Ri）。其波导管的体积V为：
V＝A·L＝2πaL R
故P＝P（ R，L）。因此，当波导管越长，平均半径 R越大，其体积也越大，输出功率也相应增大。本发明的输出功率P与一个半径为a的单支波导管的器件相比，大约为P≤NP′，其中P′为单支波导管激光器件的输出功率，N为环状区域内所能并联的、半径为a的波导管的有效根数。由此可见，本发明的器件结构为通用型，只要变更L或 R，或同时变更L和 R的尺寸，便能达到设计的功率要求。
由于本发明的激光管采用了封离式，其实用性较强，便于与其它仪器配套，便于推广应用。由于采用了环状波导管，尤其是单通道方式，结构简单，加工方便，成本较低，便于形成批量生产。由于采用横向高频激励，使两高频电极的间距不超过6mm，从而大大降低了高频电源的要求，使电源小型化，降低成本，相应地达到整机小型化。显而易见，这种微型高功率波导器件将可能取代普通波导CO2激光器的应用领域。
附图给出本发明的实施例，它给出封离式单通道波导管波导CO2激光管的结构图。它由镀金全反射平面镜〔1〕，储气管〔2〕，冷却水进、出水管〔8〕、〔11〕和〔3〕〔13〕，内、外冷却水管〔6〕、〔5〕，高频电极〔4〕、〔12〕，锗平面反射镜〔9〕和波导管等组成。内冷却水管〔6〕的外表面是环状波导管的内侧表面，〔7〕是构成环状波导管的外侧表面，采用GG17＃玻璃。冷却水管均采用GG17＃玻璃。全反射平面反射镜用K9玻璃，φ35mm，厚4mm，φ膜25mm。高频电极采用钨棒作为接线柱的镍片材料，厚0.1mm，电极〔4〕装在外冷却水管内，紧贴波导管〔7〕表面;电极〔12〕装在内冷却水管内，并紧贴在其内侧表面，两电极相距5mm。锗平面反射镜对10.6μm波长的反射率为90%，φ外35mm，φ膜25mm。激光束〔10〕为10.6μm。放电波导管的长度为250mm，其波导管口到两端反射镜片之间的耦合距离均为Z1＝Z2＝2mm。
本发明的冷却液可采用水冷。总气压与气压分压比为P＝100乇，He∶CO2∶N2∶Xe＝5∶1∶1∶0.2，输出功率可达20W以上。
波导管的折迭和并联可采用已有技术所述的方式。