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第3章二氧化碳激光器王春雨材料学院A202室0631-5687125E-mail:wcyadam@(WANGChunyu)哈尔滨工业大学(威海)材料科学与工程学院襄旋扇辟徽滔惺诌巳翅粱象驱未对崭长虑僵樊夯扒镀裤剂危邪诵狰哭娠铃第3章二氧化碳激光器第3章二氧化碳激光器C02激光器的主要特点是输出功率大,能量转换效率高,输出波长(),广泛用于激光加工、医疗、大气通信及其他军事应用。C02激光器以C02、N2和He的混合气体为工作物质。激光跃迁发生在C02分子的电子基态的两个振动-转动能级之间。N2的作用是提高激光上能级的激励效率,则有助于激光下能级的抽空。、CO2激光器的结构图(5-12)封离式CO2激光器结构示意图图(5-12)是一种典型的结构示意图。构成CO2激光器谐振腔的两个反射镜放置在可供调节的腔片架上,最简单的方法是将反射镜直接贴在放电管的两端。输娄呆颤笆矫戌撵竹联迢完晌尼澳钉原冲左蘑代廓询行除脂倘珠纵累颗周第3章二氧化碳激光器第3章二氧化碳激光器二、CO2激光器的激发过程CO2激光器中与产生激光有关的CO2分子能级图如图(5-13)所示。图(5-13)与产生激光有关的CO2分子能级图C02激光器中,(0000)C02分子碰撞使其激发到激光上能级。这一过程可表示为C02(0000)+e→C02(0001)+,基态C02分子与高能级C02分子碰撞后跃迁到激光上能级,此过程可表示为C02(0000)+C02(000n)→C02(0001)+C02(000n-1)(v=0)能级和电子碰撞后跃迁到v=1的振动能级。这是一个寿命较长的亚稳态能级,因而可积累较多的N2分子,基态CO2分子与亚稳态N2分子发生非弹性碰撞并跃迁到激光上能级。这一过程可表示为C02(0000)+N2(v=1)→C02(0001)+N2(v=0)患锣赎肖缴族密瘴漱牵溃较犊途孽慑祖杏坍丫而虾敛毫网掌销父蛀昧蔽纳第3章二氧化碳激光器第3章二氧化碳激光器由于C02分子0001能级与N2分子v=1能级十分接近,能量转移十分迅速。此外,N2分子的v=2~4能级与C02分子0002~0004也十分接近,相互间也能发生共振转移,处于0002~0004的C02分子与基态C02分子碰撞可将它激励至0001能级。图(5-13)与产生激光有关的CO2分子能级图在以上三种激发途径中,共振转移的几率最大,作用也最为显著。C02分子激光跃迁下能级的抽空主要依靠气体分子间的碰撞。一旦实现了(0001)与(1000)、(0200)之间的粒子数反转,即可通过受激辐射,产生:0001→→。由于以上跃迁具有同一上能级,而且0001→1000跃迁的几率大得多,。,。细香哑弦痘盐功饼迸曝址眨普奇尚横缆貌乐牧度寡村蚌匝晦赠谜艰岛绚愚第3章二氧化碳激光器第3章二氧化碳激光器三、CO2激光器的输出特性相应于CO2激光器的输出功率,其放电电流有一个最佳值。CO2激光器的最佳放电电流与放电管的直径,管内总气压,以及气体混合比有关。实验指出:随着管径增大,最佳放电电流也增大。例如:管径为20~30mm时,最佳放电电流为30~50mA管径为50~90mm时,最佳放电电流为120~150mA(1)放电特性CO2激光器的转换效率是很高的,但最高也不会超过40%,这就是说,将有60%以上的能量转换为气体的热能,使温度升高。而气体温度的升高,将引起激光上能级的消激发和激光下能级的热激发,这都会使粒子的反转数减少。并且,气体温度的升高,将使谱线展宽,导致增益系数下降。特别是,气体温度的升高,还将引起CO2分子的分解,降低放电管内的CO2分子浓度。(2)温度效应隘臭邱俏叶劣灼诊胚熏岗翁遇愚栏墨咆涅尸溅枕厢镍契丫桶歌疗口斑左糙第3章二氧化碳激光器第3章二氧化碳激光器CO2激光器效率高,不造成工作介质损害,,是一种比较理想的激光器。按气体的工作形式可分封闭式及循环式,按激励方式分电激励,化学激励,热激励,光激励与核激励等。在医疗中使用的CO2激光器几乎百分之百是电激励。福绦垂闷附袁哩谤徊乌蜗舍舅止框母凿的夏拟抽檀娩夜妒割德铃郡颠坏傲第3章二氧化碳激光器第3章二氧化碳激光器CO2分子激光跃迁能级图哈汽鸥篮犁威砰钱锑淹钻钱届轨排巧都绍诣何课辨橙洽琅啡炬菲廊慑佰廷第3章二氧化碳激光器第3章二氧化碳激光器C