德国通快轴快流CO2激光器参考幻灯片
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CO2激光器详解28页PPT
e * C 2 ( 0 O 0 0 ) 0 C 2 ( 0 O 0 1 )0 e
与这类过程相对应的电子碰撞截面非常大。当电子能量为 0.3eV时，峰值截面为510-10cm2。受到电子碰撞后被激发 到高振动激发态的CO2分子中的很大一部分将通过振动模与 振动模之间的能量交换（V-V迟豫），从激发态沿着能量 阶梯跃落下来，很容易被长寿命的0001能级收集。
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可能的跃迁：
根据波函数对称性的要求，在电子基态上的振动和转动波 函数应具有相同的对称性：对称振动的波函数是对称的， 弯曲振动和反对称振动的波函数是反对称的。J为偶数的 转动态的波函数是对称的，J为奇数的转动态的波函数是 反对称的。因此，在0001能级上，J为偶数的转动能级是 空的，在1000能级上，J为奇数的转动能级是空的。
CO2分子的0110能级能否被尽快排空。实际情况是，0110能级使分子到
基能级的衰变变慢，它的作用表现为一种瓶颈现象。
He的存在将对0110能级的寿命产生很大影响。He与0110能级上的CO2分
子碰撞的结果使0110能级的寿命达到=2×10-5秒。
He的存在不仅有助于抽空CO2分子的激光下能级，满足实现激光连续
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图10 (a) 纵向封离型激光器
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因此，通常是00011000跃迁中的P(22)支起振，在J=2l的转 动能级上的粒子数被迅速消耗，于是，其它转动能级上的
CO2分子将迅速跃迁到这一转动能级上来。就是说，P(22)支 振荡将吃掉其它转动能级上的粒子数,这就是转动竞争效应。
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N2分子的共振能量转移： 电子碰撞激发N2的振动能级的总截面很大。这些被激发的 很大一部分分子将被=1的能级所收集。N2的=1能级与 CO2的0001能级仅相差18cm-1(≈2.510-3eV)，因此，N2与 CO2的基态分子发生碰撞时，N2将激发能量转移给CO2分子， 使之激发到0001能级；这个过程可表示为：
与这类过程相对应的电子碰撞截面非常大。当电子能量为 0.3eV时，峰值截面为510-10cm2。受到电子碰撞后被激发 到高振动激发态的CO2分子中的很大一部分将通过振动模与 振动模之间的能量交换（V-V迟豫），从激发态沿着能量 阶梯跃落下来，很容易被长寿命的0001能级收集。
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可能的跃迁：
根据波函数对称性的要求，在电子基态上的振动和转动波 函数应具有相同的对称性：对称振动的波函数是对称的， 弯曲振动和反对称振动的波函数是反对称的。J为偶数的 转动态的波函数是对称的，J为奇数的转动态的波函数是 反对称的。因此，在0001能级上，J为偶数的转动能级是 空的，在1000能级上，J为奇数的转动能级是空的。
CO2分子的0110能级能否被尽快排空。实际情况是，0110能级使分子到
基能级的衰变变慢，它的作用表现为一种瓶颈现象。
He的存在将对0110能级的寿命产生很大影响。He与0110能级上的CO2分
子碰撞的结果使0110能级的寿命达到=2×10-5秒。
He的存在不仅有助于抽空CO2分子的激光下能级，满足实现激光连续
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图10 (a) 纵向封离型激光器
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因此，通常是00011000跃迁中的P(22)支起振，在J=2l的转 动能级上的粒子数被迅速消耗，于是，其它转动能级上的
CO2分子将迅速跃迁到这一转动能级上来。就是说，P(22)支 振荡将吃掉其它转动能级上的粒子数,这就是转动竞争效应。
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N2分子的共振能量转移： 电子碰撞激发N2的振动能级的总截面很大。这些被激发的 很大一部分分子将被=1的能级所收集。N2的=1能级与 CO2的0001能级仅相差18cm-1(≈2.510-3eV)，因此，N2与 CO2的基态分子发生碰撞时，N2将激发能量转移给CO2分子， 使之激发到0001能级；这个过程可表示为：
高功率轴快流CO2激光器原理结构
设计：李波
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激光切割的市场需求
设计：李波
德国Trumpf推出了功率高达12kW的CO2激光复合加工机和功率高达 15kW的三维CO2激光切割机，表明了激光加工装备的高功率发展趋势！
德国Trumpf 12kW-CO2激光切 割、焊接和表面处理复合加工机
德国Trumpf 的15kW-CO2 激光三维激光切割机
D Mode 1000-4000Watts
Q Mode >4000Watts
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光束质量参数
设计：李波
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轴快流CO2激光器的诞生
设计：李波
轴快流CO2激光器是在早期的封离式圆形玻璃管纵向激 励CO2激光器的基础上发展而来的。 1965年，Bridge和Petel将放电管壁的温度冷却到60ºC以下来提高激光器的输出功率。 Moeller, Rigder[8]以及Patel[9]等人则采用风冷和水冷的方式来 使放电管冷却。 1969年Cool等人将快速流动技术引入到了这种激光器 中，通过工作气体的高速流动来使其冷却，从而获得 了较高功率的激光输出。
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射频功率反馈
设计：李波
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射频功率控制
设计：李波
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射频电源控制信号
设计：李波
RF ON
RF OFF
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设计：李波
连续模式
脉冲模式
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连续工作模式
设计：李波
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连续工作模式
设计：李波
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设计：李波
门控频率=200Hz
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设计：李波
门控频率=5000Hz
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设计：李波
门控频率=50000Hz
设计：李波
Trumpf轴快流CO2激光器概述
CO2激光器详解培训课件
、Xe
* 2
H等g ，2*
另一类是异核型准分子 (Exciplex)，如惰性气体的氧化
物和卤化物 XeO、* XeF等*，以及金属卤化物 HgC等l * 。
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An excimer laser is a specific type of molecular gas laser that produces high intensity light in the ultraviolet (UV) range of the electromagnetic spectrum. The UV light source is a Lumonics PM-848k excimer laser, which can be configured to operate with either a KrF (krypton-fluoride) gas mixture at 248 nm or an ArF (argon-fluoride) gas mixture at 193 nm. The excimer laser beam will be used for microfabrication in a wide range of absorbing materials. Any feature down to a size of 2 mm can be etched into a surface in a fraction of the processing time of standard photolithography. The range of applications will cover accurate and rapid scribing, drilling holes through the substrate, and creating complicated patterns and devices out silicon and plastics alike.
常用气体激光器讲解ppt课件
因此，氩离子激光器的 激活粒子是Ar+。
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
采取两次电子碰撞将 氩原子激发到 3p44P态 要比直接碰撞、一次将 氩原子激发到3p44P态的 电子能量要小，后者只 能在低气压放电中才有 如此大的能量 （35.5eV）。
二、基本结构
氩离子激光器包括： 放电管、电极、回气管、谐振腔、轴向磁场等。
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氩离子激光器分段石墨放电管
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2、工作物质
1.CO2气体是工作物质，辅助气体有N2、He、Xe和H2等；
2.N2在气体中起能量转移作用。N2分子受电子碰撞的概率 很大，放电中使大量N2处于亚稳态。通过近共振碰撞把内能 转移给CO2分子，实现粒子数反分布 ；
2. 输出波长: 从真空紫外到可见光区域 。
3．脉冲特性： 由于基态寿命短，即使是超短脉冲情况下，
基态也可被认为是空的，因此准分子激光对 产生巨脉冲特别有利。
4. 能够精确聚焦和控制，其切削 精度非常高，每个光脉冲切削深度 为0.2微米，能够在人的头发丝上 刻出各种花样来。
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采取两次电子碰撞将 氩原子激发到 3p44P态 要比直接碰撞、一次将 氩原子激发到3p44P态的 电子能量要小，后者只 能在低气压放电中才有 如此大的能量 （35.5eV）。
二、基本结构
氩离子激光器包括： 放电管、电极、回气管、谐振腔、轴向磁场等。
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
氩离子激光器分段石墨放电管
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2、工作物质
1.CO2气体是工作物质，辅助气体有N2、He、Xe和H2等；
2.N2在气体中起能量转移作用。N2分子受电子碰撞的概率 很大，放电中使大量N2处于亚稳态。通过近共振碰撞把内能 转移给CO2分子，实现粒子数反分布 ；
2. 输出波长: 从真空紫外到可见光区域 。
3．脉冲特性： 由于基态寿命短，即使是超短脉冲情况下，
基态也可被认为是空的，因此准分子激光对 产生巨脉冲特别有利。
4. 能够精确聚焦和控制，其切削 精度非常高，每个光脉冲切削深度 为0.2微米，能够在人的头发丝上 刻出各种花样来。
二氧化碳激光器原理及光学镜片的损伤ppt课件
输的窗口,有利于激光测距、激光制导、大气通信等方面的应用,
且该波长对人眼安全。 二氧化碳激光器原理及光学镜片的损伤
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气体激光器 D气 体 成 分
实验发现, 当CO2 激光器中充有适量的N2 、CO 、Xe 、Ne 、H2 、 H2O等气体时,输出功率显著提高。而当充有Ar 、N2 O等气体 时,输出功率则显著下降。为提高输出功率,CO2 激光器都充有 不同组分的辅助气体,主要分为含N2 组分与含CO组分两种。
二氧化碳激光器原理及光学镜片的损伤
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气体激光器
• 水蒸气和氢:
在CO2 +N2 +He混合气体中再加入少量的水蒸气或H2 ,能提
高器件的输出功率和使用寿命。原因是H2O 分子对CO2 分子 激光下能级100 0以及011 0能级的弛豫速率很大,且H2O分子振 动能级寿命很短,可以很快返回基态。 H2 的作用与H2O 相同, 因CO2 分子在放电时会离解出O,H 2 与O合成H2O 。因H2 在 常态下是气体,其充入量比水蒸气更易于控制,故常用H2 代替
• 氙:在CO2 +N2 +He混合气体中,加入少量的Xe,可使输出功率 进一步提高约30% ~ 40%,能量转换效率提高10% ~ 15%。原因是 :Xe的电离电位低,加入后可增加放电气体中的电离度,使E/N值降 低(充有Xe的放电管管压降可以下降20%),从而提高激光器的效 率。混合气体中Xe的含量有一最佳值,一般其分压强在107 ~ 160Pa之间。 Xe的含量不可过高,过高虽使电子密度增加,但电子 碰撞机会也随之增加,导致电子温度下降。
工质量好；
二氧化碳激光器原理及光学镜片的损伤
18
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德国通快轴快流CO2激光器幻灯片
62
控制系统结构图
设计：李波
63
Profibus连接原理图
设计：李波
64
设计：李波
1、Profibus通信电缆 2、以太网线 A、TASC3控制系统 B、BUSCH IO模块 C、射频电源控制模块
65
设计：李波
TASC3 控制系统 1、软驱 2、电源 3、射频电源控制模块 4、多功能板 5、扩展插槽 6、CP600S嵌入式系统 7、Profibus从模块 8、Profibus主模块
3、Profibus接口
4、A10安全联锁接口板
5、X8测量插头
6、扩展板
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射频功率反馈
设计：李波
76
射频功率控制
设计：李波
77
射频电源控制信号
设计：李波 RF ON
RF OFF
78
连续模式 脉冲模式
设计：李波
79
连续工作模式
设计：李波
80
连续工作模式
设计：李波
81
设计：李波
门控频率=200Hz
82
设计：李波
门控频率=5000Hz
83
设计：李波
门控频率=50000Hz
84
设计：李波
负载周期 TV
脉冲宽度 脉冲宽度 间歇宽度
X100 %
85
设计：李波
86
斜坡模式
设计：李波
87
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
设计：李波
88
设计：李波
Trumpf轴快流CO2激光器概述
14
激光器构成
设计：李波
冷水机
操作面板
激光发生器
控制系统 射频电源
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激光发生器构成
控制系统结构图
设计：李波
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Profibus连接原理图
设计：李波
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设计：李波
1、Profibus通信电缆 2、以太网线 A、TASC3控制系统 B、BUSCH IO模块 C、射频电源控制模块
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设计：李波
TASC3 控制系统 1、软驱 2、电源 3、射频电源控制模块 4、多功能板 5、扩展插槽 6、CP600S嵌入式系统 7、Profibus从模块 8、Profibus主模块
3、Profibus接口
4、A10安全联锁接口板
5、X8测量插头
6、扩展板
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射频功率反馈
设计：李波
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射频功率控制
设计：李波
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射频电源控制信号
设计：李波 RF ON
RF OFF
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连续模式 脉冲模式
设计：李波
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连续工作模式
设计：李波
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连续工作模式
设计：李波
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设计：李波
门控频率=200Hz
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设计：李波
门控频率=5000Hz
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设计：李波
门控频率=50000Hz
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设计：李波
负载周期 TV
脉冲宽度 脉冲宽度 间歇宽度
X100 %
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设计：李波
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斜坡模式
设计：李波
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
设计：李波
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设计：李波
Trumpf轴快流CO2激光器概述
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激光器构成
设计：李波
冷水机
操作面板
激光发生器
控制系统 射频电源
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激光发生器构成
快速轴流CO2激光器
第19卷第5期应,q t激光V o l·19，N o·5 1999年19月A P P L I E D L A S E R O c to b er1999_____==IIE_；；___=；；=≈===-__l_I==#====；j★I‘j；===z===，_-目__=；======lI=___，__I=一一快速轴流CO。
激光器谢占武赵治国康建章魏德森臧建民(河北省科学院激光研究所石家庄050081)提要本文报道我们设计的快速轴滤CO，激光器和实验结果，激光器的光学谐振腔为三折Z形折叠半基焦腔，输出耦合镜为GaAs材料．透过率为72“的．得到最大输出功率2530W，电光转换效率最高达到z a0A。
关键词快速轴流COz激光器新叠腔F a s t A x i a I F L o w C0±L a se rX i e Z h a n w u，Z h i a o Z h i g u o，K a n g Jia nzh ang，We i D e s e n，Z a n g Jiaixmiix(Laser I nsti tut e．H ebei A e a d e m y of Sc iences．Shijia zhuang050081)A b s t r a c t T h i s p a p e r r e p o r t s f a s t axia l f l o w C02l a s er designed by O W[1and t h e e x p er0 m en t a l re su lt，dis cu sse s s ome c on c e rn e d p r o b l em s w i t h the designing．The o p t i c a l c avi ty of the l a s er is t h r e e—t i m e—f o l de d h al f—s ym m e tr i c w i t h o u t p u t coupler of transmi ssivlty of 72％m a d e of G a A s，t h e m a x i m u m o u t p u t p o w e r of 2530w a nd eff ic ien cy of 24％w e r e reac he d．K e y w o r d s F a s t a x i a lf l o w，C021a s e r，f o l d--c a v i ty快速轴流C O：激光器的输出功率主要取想气体模型可以很好地近似。
第3章_二氧化碳激光器
氦气，氙气和氢气等。由于这种激光 器能量转换效率高达25%。故常做成 高功率输出的激光器。CO2激光器的 波长为10.6μm，是不可见的红外光，
与生物组织作用时，几乎全被生物组 织200μm内的表层吸收，稳定性较好， 医学上应用广泛。
• 在CO2激光器的放电管内充有CO2、N2、 He等混合气体，其配比和总气压可以在一 定范围内变化(一般是：CO2：N2：He＝ 1:0.5:2.5总气压为1066.58Pa)。任何分子都
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,所以C02激光 器通常只输出10.6μm激光。若要得到 9.6um的激光振荡,则必须在谐振腔中放置波 长选择元件抑制10.6um激光振荡。
三、 CO2激光器的输出特性 (1) 放电特性
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。
第3章 二氧化碳激光器
5.2.2 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(10.6um) ，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。
英管壁传导散热，故其热导率低，注入功率和激光
功率受工作气体温升的限制，每米激光管的输出功 率在50～70W之间，由于工作气体在放电过程中 有分解，故其输出激光功率随运行时间延长而逐渐
下降．其优点是结构简单，维护方便，造价和运行
费均较低，在加工中若仅需数百瓦级激光功率时， 采用此种准封离型CO2激光器是适宜的．
与生物组织作用时，几乎全被生物组 织200μm内的表层吸收，稳定性较好， 医学上应用广泛。
• 在CO2激光器的放电管内充有CO2、N2、 He等混合气体，其配比和总气压可以在一 定范围内变化(一般是：CO2：N2：He＝ 1:0.5:2.5总气压为1066.58Pa)。任何分子都
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,所以C02激光 器通常只输出10.6μm激光。若要得到 9.6um的激光振荡,则必须在谐振腔中放置波 长选择元件抑制10.6um激光振荡。
三、 CO2激光器的输出特性 (1) 放电特性
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。
第3章 二氧化碳激光器
5.2.2 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(10.6um) ，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。
英管壁传导散热，故其热导率低，注入功率和激光
功率受工作气体温升的限制，每米激光管的输出功 率在50～70W之间，由于工作气体在放电过程中 有分解，故其输出激光功率随运行时间延长而逐渐
下降．其优点是结构简单，维护方便，造价和运行
费均较低，在加工中若仅需数百瓦级激光功率时， 采用此种准封离型CO2激光器是适宜的．
从传统到现代CO2激光临床应用PPT课件
添加适当 的文字，一页 的文字最好不 要超过200,添
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8
1964年
CO2激光器的发展
1966年
气动 CO2激光器诞生。
9
1970年代末期
80年代末期
就有从国外直接进口CO2激光器， 从事工业加工和医疗等应用。
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CO2激光 临床应用
➢ 可用作组织切割、焊接、凝固、碳化、汽化, ➢ 适合恶性肿瘤及病毒性疣的激光术。
➢ CO2激光的热效应可封闭未梢血管， ➢ 故能治疗多种血管性的损害。
➢ CO2激光器可以产生电磁效应，用于无血或微量血 的切割、灼烧、气化以及精准度极高的显微手术。
➢ 目前应用于皮肤及整形手术，足病科、耳鼻喉科、 妇科、神经科、牙科、口腔科、生殖科以及普通外 科手术。
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色素痣
手术前
手术后
17
目录
CO2激光概述 传统激光 现代激光技术 小结
18
1983 年，Aderson 和 Parrish 提出了“选 择性光热作用”原理。 这一原理的要点是：根据不同组织的生物学 特性，选择合适的波长、能量、脉冲持续时 间，以保证对病变组织进行有效治疗之同时， 尽量避免对周围的正常组织造成损伤。
激光的特点： 1.方向性好 2.单色性好 3.能量集中 4.相干性好 激光的生物组织效应： 1.光热效应 2.光化效应 3.电磁效应 4.压力效应
4
1960年7月美国的梅曼宣布制成了第一台红宝石激光器。
5
中国第一台激光器（1961）
1961 年 我 国 科 学家邓锡铭、王 之江制成我国第 一台红宝石激光 器，称其为“光 学量子放大器”。
第三章--轴快流二氧化碳激光器(1++h)
第七章 轴快流CO2激光器引言+感想高功率轴快流CO2激光是切割、焊接的主力光源。
真正实现高功率、高光束质量、高效率。
历史上，美国PRC的轴快流一统天下，占领中国市场。
德国ROFIN合资公司南京东方挤走美国，风光一时。
近年来，武汉科威晶，引领中国，亚洲最大。
激光哲学思考：轴快流是实现CO2激光器从低功率走向高功率、高光束质量的唯一出路。
7.1 高功率流动CO2激光器共性技术7.2 轴快流CO2激光器原理结构7.3 主要轴快流CO2激光器展示7.1 高功率CO2激光器共性技术1. 工作气体快速冷却：CO2激光器电光转换效率为10%~20%，其余能量将转换成热能使气体加热。
气体温度达300ºC时，不存在粒子数反转，无激光输出；高于150ºC时，电光转换效率明显下降，必须快速降温。
高功率CO2激光器哲学问题：不流动---流动---不流动第七章 轴快流CO2激光器（1）快速对流冷却：采用风机和热交换器冷却工作气体，快速替代加热过工作气体，输出功率取决于气体质量流量，质量流量为1g/s时，能获得120~150W激光功率。
（2）扩散传导冷却：热量→管壁→冷却水，单位长度输出功率50~80W/m（两米以上管），一千瓦激光器需15m长激光管，体积大，稳定性差，长度放大；新型板条激光器，面积放大。
第七章 轴快流CO2激光器2. 大体积放电的均匀性和稳定性高功率气体放电电流、电压、气体温度都较高，辉光放电正柱区热不稳定性和电弧收缩现象严重。
这是高功率CO2激光器的关键技术。
（1）气体快速流动将不稳定扰动因素带出放电区。
（2）将大体积放电区分成小放电区分别加以控制。
横流CO2激光器将阴极或阳极分成许多小块；纵流CO2激光器采用多段放电区串联。
第七章 轴快流CO2激光器（3）增加湍流：层流状态：径向速度和温度分布梯度大。
湍流状态：可大大增加二维扩散和热传导，还可使得温度径向分布均匀。
(又称为乱流、扰流或紊流 )（4）增加预电离或外界电离源提高放电均匀性。
32通快激光切割机trulaser3030PPT课件
▪ 等离子体严重时，激光停止 切割，材料飞溅上喷嘴。
▪ 一般在零件角落上生成
▪ 避免方法：1、减慢切割 件倾斜的原因：
定义：零件或零件 内部切 割废料 在X方向上长度 为L 交换工作台锯齿 在X方向上长度 为A
条件： A<L<3A 有可能发生倾
斜
防止方案
不 允 许 人
不
正 确 使 用 光 栅
控允 柜许 进自 行行 操打 作开
电
▪ 烫伤及锐边
穿 戴 防 护 服 及 手 套
▪
吸入体内 ▪
工作区域内
保
火灾
施证 工通 作风 良及 好吸
尘
保 洁证
工 作 区 清
设
21
激光加工的过程
TRUMPF Group
1
2
8 A
3
7
T
B
C
4
6
5 1、透镜
2、激光束
A：空走高度
调节 镜面
TRUMPF Group
透镜 工件
24
ContourLine
TRUMPF Group
▪ 高度传感器（DIAS）可以保持喷嘴与板材间的距离。 DIAS能够自动探测板材表面图形数值，并将其传送到控制 器中，由控制器控制切割头运动。
▪ 在切割厚的铝板或不锈钢板时，高度传感器也能够监视等 离子体/Plasma的产生。
高度传感器接头 拆装孔
18
切割头
镜片
Blow Air
切割气体 喷嘴冷却
喷嘴
TRUMPF Group
19
Tapeshot & Focus Comb
调节激光光束在喷嘴中心位置使用Tapeshot 调节激光焦距的实际位置用Focus Comb
▪ 一般在零件角落上生成
▪ 避免方法：1、减慢切割 件倾斜的原因：
定义：零件或零件 内部切 割废料 在X方向上长度 为L 交换工作台锯齿 在X方向上长度 为A
条件： A<L<3A 有可能发生倾
斜
防止方案
不 允 许 人
不
正 确 使 用 光 栅
控允 柜许 进自 行行 操打 作开
电
▪ 烫伤及锐边
穿 戴 防 护 服 及 手 套
▪
吸入体内 ▪
工作区域内
保
火灾
施证 工通 作风 良及 好吸
尘
保 洁证
工 作 区 清
设
21
激光加工的过程
TRUMPF Group
1
2
8 A
3
7
T
B
C
4
6
5 1、透镜
2、激光束
A：空走高度
调节 镜面
TRUMPF Group
透镜 工件
24
ContourLine
TRUMPF Group
▪ 高度传感器（DIAS）可以保持喷嘴与板材间的距离。 DIAS能够自动探测板材表面图形数值，并将其传送到控制 器中，由控制器控制切割头运动。
▪ 在切割厚的铝板或不锈钢板时，高度传感器也能够监视等 离子体/Plasma的产生。
高度传感器接头 拆装孔
18
切割头
镜片
Blow Air
切割气体 喷嘴冷却
喷嘴
TRUMPF Group
19
Tapeshot & Focus Comb
调节激光光束在喷嘴中心位置使用Tapeshot 调节激光焦距的实际位置用Focus Comb
德国通快轴快流CO2激光器课件
由于激光的光子具有相同的频率，因 此激光的波长范围非常窄，具有极高 的单色性。
光的放大
通过反射镜和增益介质（如气体、固 体或液体）的相互作用，光子在增益 介质中得到放大，形成强大的激光束 。
激光器的分类
按工作物质分类
固体激光器、气体激光器、液 体激光器和半导体激光器等。
按输出功率分类
低功率、中功率、高功率和超 高功率激光器。
04
德国通快轴快流CO2激光器的维护与保 养
激光器的日常维护
保持激光器工作区域清洁
定期清理激光器表面灰尘和杂物，确保工作区域无尘、无污染。
检查冷却系统
确保激光器的冷却系统工作正常，冷却水温度、流量等参数正常。
检查电源和电缆
确保激光器的电源稳定，电缆连接良好，无松动或破损。
激光器的定期保养
清洁光学镜片和反射镜
01
定期使用专用清洁剂清洁光学镜片和反射镜，保持光路畅通无
阻。
检查激光管老化情况
02
定期检查激光管的老化程度，如有需要，及时更换老化激光管
。
校准激光器参数
03
定期校准激光器的各项参数，确保激光器的性能稳定。
常见故障及排除方法
01
02
03
激光功率下降
检查激光器的工作电流、 冷却系统、电源等，找出 功率下降的原因并排除故 障。
打标工艺
总结词
高对比度、永久性标记
详细描述
利用轴快流CO2激光器进行打标，可在各种材料表面形成高对比度、永久性的标记，广泛应用于产品追溯、品牌 标识等领域。
其他应用领域
总结词
表面处理、微加工、增材制造
详细描述
轴快流CO2激光器在表面处理、微加工和增材制造等领域也有广泛应用。其精细的光束直径和高能量 密度使得这些复杂工艺得以实现。
第三章 二氧化碳激光器
Laser Device and Technology
放电激励 纵向低气压激光器 横向高气压激光器
射频激励
化学激励
气动
Email: xiaoyunliu0420@; Tel: 13840275014第;4页Q，共Q4:42页1。265964; Msn: icedox@
由于CO2分子激光下能级1000和0200的辐射寿命很长,从激
光上能级跃迁到这两个能级的粒子,不能靠自发辐射很快返
回到基态,这必然会降低粒子反转数.为尽快抽空下能级,必 须靠与其他粒子碰撞.碰撞抽空下能级的弛豫过程分为两 步进行:
第一步: 1000和0200能级的驰豫
C2(O 100 0 )C2(O 000 0 ) 2 C2(O 01 0 1 )5c2 m 1 C2(O 000 2 )C2(O 000 0 ) 2 C2(O 01 0 1 )5c0 m 1
Email: xiaoyunliu0420@; Tel: 13840275014; Q第Q12页:2，1共2464页5。964; Msn: icedox@
Laser Device and Technology
第二步: 0110能级的驰豫
CO2(0110)CO2(0000)2CO2(0000)66c7m1 CO2(0110)MCO2(0000)E
Laser Device and Technology 3. 共振转移激发
在CO2中掺有N2(氮)和CO,它们被电子碰撞激发 到各自的激发态,这些激发态的分子可把能量转移给 CO2基态,使CO2跃迁到0001能级.
N2分子: N 2 *(3 1 ,2 ,3 )C2(O 000 0 )
N 2 ( 0 ) C 2 * (0 O 03 0 1 ,2 ,3 ) E
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设计：李波
30
放电结构
设计：李波
1、玻璃管 2、放电区 3、放电电极
31
两种放电结构
设计：李波
32
射频放电特点
设计：李波
电极位于放电管外，是电容耦合的横向放电(放电方向垂直 于光束方向)； 电极形状要求严格，以提高放电的对称性； 起辉电压低； 放电均匀稳定，无可见的放电辉光抖动； 易于调制，调制脉冲频率可达100kHz； 电源复杂，易产生辐射污染，电源及放电管须进行屏蔽。
19
谐振腔结构
设计：李波
US：转折镜 RS：尾镜 AS：窗口 20
设计：李波
1、窗口 2、尾镜 3、转折镜 4、转折镜安装组件
21
设计：李波
1、调节垂直方向 2、调节水平方向
22
模式检测工具
设计：李波
1、热敏板 2、紫外灯
23
检测示意图
设计：李波
1、热敏板 2、紫外灯 3、激光束（尾镜）
24
51
设计：李波
1、供电电源 2、控制电源 3、控制器 4、磁轴承驱动 5、传感器信号处理 6、数字接口 7、LCD显示 A、到磁轴承的信号 B、磁轴承返回信号
Trumpf轴快流CO2激光器
设计：李波
2012.8.22
1
设计：李波
轴快流CO2激光器基本原理
2
光的受激辐射
设计：李波
3
CO2激光器的受激辐射
设计：李波
4
激光的特性
设计：李波
单色性 相干性 方向性
5
激光模式
设计：李波
TEM00 Mode <1000Watts
D Mode 1000-4000Watts
气体循环冷却系统
1 激光谐振腔 2 谐振腔镜片 3 放电电极 4 涡轮风机 5 真空泵 6 电磁阀
7 风机出气口换热器 8 风机进气口换热器
9
轴快流激光仍将是工业加工中的主流激光器
设计：李波
• 薄板+ 3D切割： 光纤激光器占优
• 厚板+非金属/金属+切割+ 价格：
CO2激光器具有明显优势
来自德国“Fraunhofer研究所”研究结果 10
42
设计：李波
涡轮风机
热交换器
43
设计：李波
1、叶轮 2、外壳 3、扩散器 A、气体入口 B、气体出口
44
设计：李波
1、扩散器 2、叶轮
45
风机结构
设计：李波
1、叶轮 2、上保护轴承 3、转子（永磁） 4、定子 5、下保护轴承 6、驱动轴 7、磁板
46
定子
设计：李波
1、水冷 2、开口 3、线圈 4、电机电缆 5、电机温度电缆
47
设计：李波
1、正弦波滤波器 2、变频器 3、混合滤波器 4、操作面板KP100 48
风机控制原理
设计：李波
1、滤波器 2、整流器 3、变频器 4、中间电路5、制动斩波器 6、磁轴承控制器 7、逆变器 8、正弦波滤波器 9、涡轮风机
49
磁轴承控制器
设计：李波
50
1、径向传感器，上 2、径向磁轴承，上 3、控制器MBE-50 4、轴向磁轴承 5、保护轴承，上 6、轴向传感器 7、驱动轴 8、转子 9、定子 10、保护轴承，下 11、径向磁轴承，下 12、速度传感器 13设、计径：向李传波感器，下
Q Mode >4000Watts
6
光束质量参数
设计：李波
7
轴快流CO2激光器的诞生
设计：李波
轴快流CO2激光器是在早期的封离式圆形玻璃管纵向激 励CO2激光器的基础上发展而来的。
1965年，Bridge和Petel将放电管壁的温度冷却到60ºC以下来提高激光器的输出功率。 Moeller,
Rigder[8]以及Patel[9]等人则采用风冷和水冷的方式来 使放电管冷却。
设计：李波
未调整好的模式分布
调整好的模式分布
25
激光烧斑图样
设计：李波
26
扩束镜
设计：李波
1、凹面镜
2、凸面镜
a、进入的光束直径 b、离开的光束直径
采用扩束镜延长激光加工的可用光程，在飞行光路激光加工中广泛应用。
27
光闸
设计：李波
28
设计：李波
Trumpf CO2放电结构
29
多根放电管串联
12
重大行业应用
设计：李波
现代船舶制造中已开始大量使用的轻型“三明治”多层空心结构厚钢板的 切割加工，更是对万瓦轴快流激光切割装备提出了迫切需求。
德国Trumpf公司的12kW--20kW轴快流CO2激光器已用于世界上许多大型船 厂的生产线上，可大大提高船舶的有效载荷，并大幅度减低制造成本。
日本的Kawasaki重工等造船企业已经安装了高功率激光平板切割系统。德国的 Meyer Werft也安装了四台12KW的CO2激光器，用来焊接不同长度的船体加强杆13
Trumpf最新10kW激光器
设计：李波
11
激光切割的市场需求
设计：李波
德国Trumpf推出了功率高达12kW的CO2激光复合加工机和功率高达 15kW的三维CO2激光切割机，表明了激光加工装备的高功率发展趋势！
德国Trumpf 12kW-CO2激光切 割、焊接和表面处理复合加工机
Hale Waihona Puke 德国Trumpf 的15kW-CO2 激光三维激光切割机
33 33
阻抗匹配布置
设计：李波
为每台电源配置一个阻抗匹配器
34
阻抗匹配布置
设计：李波
1、左匹配器 2、右匹配器 AS：窗口
35
反射功率变化曲线
设计：李波
36
匹配网络对反射功率的影响
设计：李波
a、正常的匹配曲线 b、增长串联线圈 c、减小串联线圈
37
放电建立时间
设计：李波
38
匹配失调的原因
1、工作气压 2、气体比例变化 3、气体纯度 4、气体温度(冷却系统故障) 5、射频功率幅值 6、射频连接 7、射频电缆或电极物理位置 8、参数MD48错误 9、反射功率计故障
设计：李波
39
设计：李波
Trumpf CO2气体循环冷却
40
气体循环原理图
设计：李波
41
风机罩
设计：李波
1、涡轮风机 2、叶轮 3、风机罩 4、热交换器 5、翅片管 6、冷却水入口 7、气体入口 8、气体出口
设计：李波
Trumpf轴快流CO2激光器概述
14
激光器构成
设计：李波
冷水机
操作面板
激光发生器
控制系统 射频电源
15
激光发生器构成
涡轮风机
热交换器
设计：李波 激光谐振腔
光闸
功率计
激光器支撑
16
激光谐振腔构成
转折镜 放电管
设计：李波 窗口与尾镜
17
基本工作原理
设计：李波
18
设计：李波
Trumpf CO2激光器谐振腔
1969年Cool等人将快速流动技术引入到了这种激光器 中，通过工作气体的高速流动来使其冷却，从而获得
了较高功率的激光输出。
轴快流CO2激光器 8
射频激励轴快流CO2激光器
射频电源
匹配网络
3 1
2
设计：李波
激光器谐振腔
2
激
7
7
光
器
中
央
控
8
制
系
统
6
全自动混气单元
5 N2 CO2 He Air
4
冷水机