1已认识到大功率激光设备是非常适合在土木工程中应用的一种潜在工具。它可以用来切割、打孔和焊接。比传统技术，激光有以下优点：1）无噪声处理，2）基于热能原理切除材料，无机械振动和反冲力，3）不需要反冲防护墙，4）因为是无接触加工，故可实现远距离加工，5）二次废物少，6）易于与机器人系统结合，利用轻量激光头实现远程操作。
　　综合各方面的要求，一套适用于土木工程的激光加工系统应具备：1）最低10kW的功率，2）好的光束质量和近红外波长，利于通过光纤传输，3）对电源的依赖性小，以便用于建造车载或直升飞机装载的移动激光系统。
　　在各种高功率激光器中，如激光器，YAG激光器等，氧2碘化学激光器（COIL）是唯一能满足上述要求的激光器，因为它可以连续波运转方式输出几兆瓦高质量光束，其工作波长11315Λm可通过硅光纤以极低的损耗传输。最重要的是，该激光系统不依赖于供电电源，这得益于其独一无二的抽运机制。因此，除了真空抽运驱动外，理论上在抽运过程中不需要外部电源。如果考虑移动激光系统，这是氧2碘化学激光最大的优点。反之，其他的高功率激光器或YAG激光器，则需要巨大的设备作为电源，使建造移动系统非常困难。
　　这项研究的最后阶段是实现移动氧2碘化学激光系统，用于如核电站停运、减灾和土木工程等。过去已经报道一些进行岩石开凿和混凝土(泵送混凝土设备堵管故障排除)切割的实验。然而，没有关于氧2碘化学激光处理无机材料的数据，而这对于移动激光系统的概念性设计是必须的。在这项研究中，我们推导了氧2碘化学激光对无机材料的切割性能，以阐明移动氧2碘化学激光系统的可行性。
　　2切割和打孔理论
　　东海大学的氧2碘化学激光装置并不适合激光处理实验，因为它的最大输出功率为500W，远小于预想实验的假定值，且其运行周期极限仅30秒。因此我们采取如下策略：首先，进行激光打孔实验以测定各种材料的激光2物质相互作用参数。然后将这些参数代入理论模型以推算激光切割机性能。这种方法的正确性在下节得到验证。
　　2.1激光打孔模型给出激光打孔示意图。
　　我们作如下假定以得出激光束与一些材料相互作用的一个理论模型。1）激光束假定为圆柱型，在现场应用中，焦距和材料厚度相比很长，因此上述假定是合理的。2）部分激光通过吸收转变成热量，然后材料开始熔化，当温度升到材料玻璃化温度时形成一热点。3）然后，热点的一部分通过气化最终从上表面逸出。4）热点储存的部分热能以恒定速率通过其表面扩散。5）因为热损耗速率是一个常数，因此热点的厚度不变。6）材料表面的热辐射忽略不计。7）热导率、热扩散系数和其他系数假定与温度无关。8）热点内的温度均匀分布，并假定为玻璃化温度。
因此，激光功率和材料内热量的热平衡方程为热点厚度（mm）。
　　等式右边第一项代表每秒单位体积气化损耗的净能量。右边第二项指由热传导引起的热损耗。只有热点的侧表面对热损耗有贡献，因为从下表面传导的热实际上造成材料切除。为了能推导出特定材料的物理常数，这里Ν和Γ是仅取决于材料特性和激光波长的常数。因为这些常数可用实验方法测定，假如等式（2）成立，我们可推导任意激光功率和光斑直径下的打孔性能。
　　2.2激光切割机模型
　　在这种情况下，激光束移动方向与切割速率假定和打孔情况下一样，因为这仅取决于材料的特性。另一方面，热点侧表面的前后部分热传导损耗不考虑，因为前者（和打孔情况类似）造成材料在下一时刻熔化，后者可忽略，因为在其后没有被加工材料。因此热仅从垂直于移动方向的侧表面耗散。因此，下面的过程使我们能推导任意输出功率和光束直径下氧2碘化学激光的切割性能。
　　1）通过打孔试验确定Ν和Γ。
　　在实际应用中，激光束可能并不是圆柱形，而是通过透镜会聚。被激光切除的材料为锥台形状，因此测得的打孔深度应当转换成等体积下的圆柱体的深度。给出会聚激光束切除物质的几何形状。为确保上述方法的正确性，打孔和切割实验都通过一台115激光装置进行，其运转周期足以满足这两种实验。
　　3结果与讨论
　　激光对凝灰石样品打孔实验结果其次，在激光功率为500，1000和1500W情况下，以不同切割速率进行切割演示实验。每次实验后测出切槽深度，并把它定义为切割深度。切割速率对切割深度的函数关系。曲线代表理论值，实际切割和预计切割性能的比较推算出。可看出从模型推算的切割速率值与从实验得到的实际值非常吻合。因此可以确定，对现有的氧2碘化学激光装置进行的打孔实验，能推算任意规模氧2碘化学激光装置的切割性能。
　　碘化学激光器打孔实验300W级超声速的氧2碘化学激光打孔实验示意装置如所示。在此实验中，激光束通过一150mm的凸透镜进行聚焦，该实验条件下的激光最大输出功率为300W.实验中测试了6种无机材料。第一种是从北海道采集的凝灰石。在滨丰隧道倒塌的岩石就属于凝灰石。这种岩石广泛分布在北海道地区，并认为是一种危险的岩石。第二种样品是用作铺路的柏油混凝土，按照日本工业标准（JIS）进行的穿透实验结果为69110mm；第三种是商用A2型混凝土，其压缩强度为8Nmm.根据JIS标定其规格型号为A5406.第四种材料是铺路用的混凝土板，其特征重量和压缩强度分别为2120和50Nmm。第五种和第六种分别为复合板和瓦，这两种材料很容易从自选商场买到。
　　和CO激光实验类似，材料的Ν和Γ参数可以通过打孔实验推导出。作为所有实验的结果的代表，给出了混凝土板样品的氧2碘化学激光激光打孔实验结果。其他样品的打孔实验结果。氧2碘化学激光切割机速度与激光输出功率的函数关系。和预计的一样，氧2碘化学激光对混凝土块的切割性能比对混凝土板的好。由于柏油混凝土和混凝土板的主要成分基本类似，预计切割性能也应相似。但是，我们发现对柏油混凝土的切割性能比混凝土板的切割性能稍好，这是因为在柏油混凝土中含有一些可燃物，如煤油。尽管岩石中仅含有极少量易燃物质，但是对凝灰石的切割比对柏油混凝土的切割容易，因为凝灰石的特征重量比柏油混凝土小。要达到10mms实用切割速度，切割所需的激光功率可计算得到。
　　4结论
　　我们通过激光打孔实验推算了任意功率下的氧2碘化学激光对无机材料切割的速率。利用简化热平衡方程推导了描述光束和材料相互作用的理论模型，这种模型的有效性通过商用激光装置得到验证。推算的结果表明，对实验所用的所有无机材料，约25kW的输出功率即可实现10mms的切割速率。
　　这些实验结果对移动氧2碘化学激光系统的概念性设计非常有益。