高能脉冲TEA CO₂激光器由于具有单脉冲能量高、峰值功率高、输出波长处于大气窗口、且其大口径光学元件易于加工等特点,已成为现阶段激光推进系统中的理想推进源之一。为保证激光能量的远距离有效传输,在不断提高TEA CO₂激光器单脉冲能量、维持一定重复频率的同时,不断缩小其光束发散角成为激光推进激光源研究的重点内容之一。本文先对光束质量评价参数进行了概述,针对强激光特点及推进系统中激光能量的远距离有效传输条件,确定了在同一桶功率下使用光束质量β因子描述TEA CO₂激光器的光束质量。在实验研究的过程中,首先采用漫反射CCD法测量了实验室TEA-30型激光器的平凹稳腔光束发散角,得出光束质量β因子很差,无法满足远距离激光能量传输要求。为进一步减小光束发散角,腔型改进为带有涡流管冷却的同轴非稳腔,该腔型既可对凸镜及窗口进行有效冷却,激光束又可同轴输出,整个腔型结构紧凑,运行方便且稳定。然后,采用长焦距分束方法测量了同轴非稳腔TEA CO₂激光器的光束发散角,该方法克服了漫反射方式中漫反射屏引起的光斑变形等缺点,同时长焦距可以大幅度提高测量精度。光束质量较之平凹稳定腔有了显著提高,同时其输出单脉冲能量只是略微有些下降;在凹镜水冷,凸镜及窗口进行涡流管冷却的情况下,激光器分别在不同频率下分别连续运行300s,其光束质量β因子稳定且良好,单脉冲能量稳定,远场聚焦光斑光强分布集中且稳定。