co2激光器原理

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一、co2激光器原理

二氧化碳激光是一种分子激光。主要的物质是二氧化碳分子。它可以表现多种能量状态这要视其震动和旋转的形态而定。二氧化碳里的混合气体是由于电子释放而造成的低压气体(通常30-50托)形成的等离子。

如麦克斯韦-波尔兹曼分布定律所说，在等离子里，分子呈现多种激发态。。一些会呈现高能态(00o1)其表现为不对称摆动状态。当与空心墙碰撞或者自然散发，这种分子也会偶然的丢失能量。通过自然散发这种高能状态会下降到对称摆动形态(10o0)以及放射出可能传播到任何方向的光子(一种波长10.6μm的光束)。偶然的，这种光子的一种会沿着光轴的腔向下传播也将在共鸣镜里摆动。

二氧化碳激光器是以CO2气体作为工作物质的气体激光器。放电管通常是由玻璃或石英材料制成，里面充以CO2气体和其他辅助气体(主要是氦气和氮气，一般还有少量的氢或氙气);电极一般是镍制空心圆筒;谐振腔的一端是镀金的全反射镜，另一端是用锗或砷化镓磨制的部分反射镜。

当在电极上加高电压(一般是直流的或低频交流的)，放电管中产生辉光放电，锗镜一端就有激光输出，其波长为10.6微米附近的中红外波段;一般较好的管子。一米长左右的放电区可得到连续输出功率40～60瓦。CO2激光器是一种比较重要的气体激光器。这是因为它具有一些比较突出的优点：

它有比较大的功率和比较高的能量转换效率。一般的闭管CO2激光器可有几十瓦的连续输出功率，这远远超过了其他的气体激光器，横向流动式的电激励CO2激光器则可有几十万瓦的连续输出。此外横向大气压CO2激光器，从脉冲输出的能量和功率上也都达到了较高水平，可与固体激光器媲美。CO2激光器的能量转换效率可达30～40%，这也超过了一般的气体激光器。

它是利用CO2分子的振动-转动能级间的跃迁的，有比较丰富的谱线，在10微米附近有几十条谱线的激光输出。近年来发现的高气压CO2激光器，甚至可做到从9～10微米间连续可调谐的输出。

它的输出波段正好是大气窗口(即大气对这个波长的透过率较高)。除此之外，它也具有输出光束的光学质量高，相干性好，线宽窄，工作稳定等优点。因此它在国民经济和国防上都有许多应用，如应用于加工(焊接、切割、打孔等)，通讯、雷达、化学分析，激光诱发化学反应，外科手术等方面。

二、二氧化碳激光器波长

在物理学中，波长是指在空间中一个完整的波峰或波谷到下一个波峰或波谷之间的距离，可以用来描述光、声波等波动性质的参数。单位通常使用米(m)或纳米(nm)来表示。

二氧化碳(CO2)分子由一个碳原子和两个氧原子组成，其中氧原子与碳原子之间的成键产生了特定的振动频率。二氧化碳激光器利用这种振动来产生激光，其波长主要为10.6微米。

二氧化碳激光器波长的选择是基于激光产生的机制，二氧化碳分子的振动频率在10.6微米处对应着它们的最低能级转换，因此这样的激光具有较高的效率和稳定性。此外，这个波长还具有良好的穿透性，可以在大气中传播数千米，因此在遥感和雷达等领域得到了广泛应用。

三、二氧化碳激光器在工业领域的应用

1、切割和焊接

二氧化碳激光器可以产生高功率的激光束，具有高能量密度和穿透力，可以在工业制作过程中实现高效的切割和焊接。例如，在金属板的切割中，二氧化碳激光器可以产生高精度的切割线并且不产生毛刺和残留物，大幅提高了生产效率和质量。

2、雕刻和打印

二氧化碳激光器还可以实现对各种物质的精细雕刻和打印，如图案制作、标牌制作和纸张加工等。由于其激光束可以非常细微和精确，可以实现高度可控的雕刻和打印效果。

3、医疗

二氧化碳激光器在医疗领域中也有广泛应用，如在皮肤病治疗中可以使用激光精确地切割或去除皮肤上的病变部位。它还可以治疗静脉曲张、腺体肥大和肿瘤等疾病。

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