二氧化碳激光器原理及光学镜片的损伤
二氧化碳激光器原理
二氧化碳激光器原理激光技术是一种高科技的产物，其应用范围包括科学、工业、医学等多个领域。
二氧化碳激光器是激光技术中应用范围最广泛的一种，其应用领域包括切割、打孔、焊接、雕刻、治疗等多个领域。
本文将详细介绍二氧化碳激光器原理。
一、激光原理回顾激光的产生是一种基于可逆的激光过程。
其原理是在能量较低的原子外壳处注入或吸收能量，让原子通过激发态并最终跃迁到激发态，释放出单色、相干、高能、高密度的光子（激光）。
其过程中，同时存在受激发射和自发辐射。
二氧化碳激光器由基础元件和激光谐振腔两部分组成。
基础元件包括激光器工作介质、放电电极、电源、气体补充系统、约束光系统等几个部分。
激光谐振腔包括反射镜、输出镜、耦合透镜等组成。
二氧化碳激光器的激光过程主要由充气过程、放电过程和光学过程组成。
充气过程主要包括二氧化碳激光器工作介质的充装和制备。
放电过程是指二氧化碳激光器中，通过电压激发放电，形成电子和高能量分子，使其一定能级上的介质产生放电现象，最终激活激光器工作介质。
光学过程是指就是利用谐振腔来放大激光。
二氧化碳激光器中的放电介质是由混合气体构成，包括二氧化碳、氮气和氦气等，其最大的优点就是可以电离形成大量的自由电子并激发气体分子，产生放电，从而激发介质产生激光。
放电过程主要分为火花放电和自维持放电两种情况。
火花放电是指当放电电压达到一定的大小，形成电晕后，会使电晕区域的空气分子电离，从而引起一系列的电子和气体分子的撞击过程，最终产生火花。
火花放电过程中放电能量较大，但执行效果较弱，主要适用于工业加工领域。
自维持放电是指通过增加放电电流和降低电压，使得激光器内部释放出自由电子，从而激发混合气体分子产生激光过程。
自维持放电在少数情况下需要引导电压，但主要通过增加能量输入，从而释放出多数自由电子，维持放电过程，这样能够获得更小的重复频率和更大的能量输出。
二氧化碳激光器的光学过程是指利用谐振腔来放大激光。
谐振腔是一系列构成的反射镜和激光介质组成，反射镜负责反射光，激光介质则是指利用谐振器对光进行放大。
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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。
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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；
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二氧化碳激光器的原理
二氧化碳激光器的原理
二氧化碳激光器是一种常见的激光器，其原理基于二氧化碳分子的能级结构和激光的发射过程。
在二氧化碳激光器中，激光的产生主要是通过二氧化碳分子的能级跃迁来实现的。
首先，二氧化碳分子的能级结构对于激光的产生起着至关重要的作用。
二氧化碳分子的能级结构是由三个能级组成的，分别是基态、振动激发态和振动转动激发态。
当二氧化碳分子处于振动转动激发态时，会处于一个较高的能级状态，这时候如果受到外界的刺激，就会发生能级跃迁，从而产生激光。
其次，二氧化碳激光器的工作原理是通过电子激发和振动激发来实现的。
当二氧化碳分子处于振动转动激发态时，如果受到外界的电子激发或者其他形式的能量输入，就会导致分子内部的能级跃迁，从而产生激光。
最后，二氧化碳激光器的工作原理还涉及到共振腔和激光的放大过程。
在二氧化碳激光器中，共振腔起着集成和放大激光的作用，通过多次的反射和透射，使得激光得以放大和增强，最终形成一束强大的激光束。
总的来说，二氧化碳激光器的原理是基于二氧化碳分子的能级结构和激光的产生过程。
通过外界的能量输入和共振腔的作用，最终实现了激光的产生和放大。
这种激光器在医学、工业和科研领域有着广泛的应用，其原理的深入理解对于激光技术的发展和应用具有重要意义。
二氧化碳激光器的原理
二氧化碳激光器的原理什么是二氧化碳激光器二氧化碳激光器是一种基于二氧化碳分子转换能量的激光装置，又称CO2激光器，是激光技术中最为常用的激光器之一。
二氧化碳激光器具有光束成形优良、聚束能力强等优点，是工业、医疗和科研等领域常用的激光器。
二氧化碳激光器的工作原理所谓的二氧化碳激光器，就是利用二氧化碳分子的转换能量，产生激光。
具体来说，二氧化碳激光器是一种分子激光，其激光的波长为10.6微米。
二氧化碳分子的转换能量是由某些特定的原子（如电子）被激发所产生的。
二氧化碳激光器最常用的激发方式是电子束激发。
在电子束场的作用下，二氧化碳分子中的碳离子电子发生激发跃迁，跃迁后会释放出一部分能量，这部分能量便会被聚焦到一个光学谐振腔之内，进而形成激光。
二氧化碳激光器的光路二氧化碳激光器光路主要由激光管、反射镜、非线性晶体和输出稳健器组成。
激光管内充满了稀薄的二氧化碳气体，这个气体在加热和激励的作用下，会产生激光。
光路结构中的重要部件是反射镜。
反射镜通常由高反射性光谱镀膜的金属镜片组成，它们形成一个光学谐振器，是激光产生、放大和稳定输出的基础。
非线性晶体用于进行调制和调频，输出稳健器则是用于保持激光的稳定性和连续性输出。
二氧化碳激光器的应用二氧化碳激光器由于其稳定性高、成本低等特点，被广泛应用于各种领域中。
例如，在工业上，二氧化碳激光器被用于金属制品切割、激光打标、激光焊接、雕刻等；医疗上，二氧化碳激光器则是常用的切割、烧灼、手术等治疗方式，特别是用于皮肤等薄壁组织的手术，其效果较好。
总结二氧化碳激光器是一种基于二氧化碳分子转换能量，产生激光的激光器。
其工作原理是利用电子束激发方式，将二氧化碳分子中碳离子电子进行激发跃迁，进而产生激光。
在生产制造和医疗方面，二氧化碳激光器有广泛的用途，具有光束成形优良、聚束能力强等优点。
co2 激光 工作原理
co2 激光工作原理
CO2激光器的工作原理是基于气体放电放出带有特定波长的
激光光束。
CO2激光器的主要组成部分包括一个带有金属电
极的放电管和能量供给系统。
CO2激光器内的放电管由一个CO2混合气体组成，主要包括CO2分子、N2分子和He原子。
当高压电流通过放电管时，
气体分子被电离，形成电子和正离子。
在电场的作用下，电子与气体分子发生碰撞，使气体分子激发到高能级。
当气体分子从高能级跃迁到低能级时，会释放出一定的能量，这部分能量被传递给CO2分子。
CO2分子在受到能量激发后，会发生自
发辐射跃迁，产生同轴分布的中红外光。
这种中红外光具有波长约为10.6微米，相对较长的波长。
放电产生的辐射能量随后被反射镜聚焦形成束流，并通过光学系统进行调整和合束，最终形成一个高功率、高能量的CO2
激光束。
该激光束可以在空气中传播，用于切割、打孔、焊接、刻蚀等应用。
同时，CO2激光器还可以通过调整参数，实现
连续波或脉冲工作模式，以满足不同应用的需求。
二氧化碳气体激光器的工作原理
二氧化碳气体激光器的工作原理
二氧化碳气体激光器的工作原理可以简单概括为三个步骤：能级激发、能级跃迁和光放大。
首先，通过电子激发或其他外部能量输入，将二氧化碳气体中的分子激发到高能级。
这个过程需要提供足够的能量，以克服分子内部的束缚力，使分子中的电子跃迁到高能级。
接着，激发到高能级的二氧化碳分子会在非常短的时间内经历自发辐射的过程，即能级跃迁。
在这个过程中，激发态的电子会从高能级跃迁回到低能级，释放出能量。
最后，通过在激发态和基态之间建立的光学谐振腔，将激发态返回基态的过程中释放出的能量进行放大。
这个过程发生在由两个反射镜构成的光学谐振腔内，其中一个镜子是部分透明的，使得一部分光线可以逃逸出来，形成激光输出。
二氧化碳激光器的典型能级跃迁路径是从振动激发态到振动基态。
由于二氧化碳分子的能级结构，二氧化碳激光器通常在10.6微米的波长范围内工作。
此外，交变电场可以使CO2分子发生共振吸收，吸收的能量被转化为分子内振转和振动能，从而提高CO2分子的内能，达到激发的目的。
程控装置可以根据需要调整激发电流的频率和脉冲宽度，以控制激光输出的功率和作用时间。
二氧化碳气体激光器的工作原理涉及到能级激发、能级跃迁、光放大和共振吸收等过程，通过这些过程产生高能量、高度聚焦的激光束。
二氧化碳激光作用原理
二氧化碳激光作用原理
二氧化碳激光是一种常用的激光器，其工作原理基于二氧化碳分子的激发和辐射过程。
首先，二氧化碳激光器中的二氧化碳气体被电能激发，通常采用电子启动放电或者RF激励方式。
这将导致一部分二氧化碳分子的电子从低能级跃迁至高能级，形成激发态的二氧化碳分子。
接着，激发态的二氧化碳分子会自发地发生非辐射跃迁，从高能级跃迁至中间能级。
在这个过程中，二氧化碳分子会释放出热能，导致激光介质的局部温度升高。
然后，在局部温度升高的作用下，受激辐射过程发生。
高能级的二氧化碳分子受到周围分子的碰撞作用，使得部分分子跃迁至较低的能级，并在此过程中辐射出一定波长范围内的激光光子。
最后，通过光学系统的调谐和放大，将生成的激光束输出，用于各种应用领域，比如激光切割、激光打标和医疗等。
总的来说，二氧化碳激光器的工作原理是利用二氧化碳分子的激发、非辐射跃迁和受激辐射过程产生激光光子的。
这种激光器具有高功率、高效率和良好的束质特性，广泛应用于各个领域。
二氧化碳脉冲激光原理
二氧化碳脉冲激光原理
CO2脉冲激光是目前最先进的皮肤美容治疗技术，它是利
用特定波长的激光对皮肤进行扫描，以达到分解色素、祛除色斑、收缩毛孔、去除皱纹的目的。
CO2激光是一种波长为1064nm的单色光，它的输出功率大，能量高，穿透力强，对人体组织作用深。
CO2脉冲激光以
其优良的治疗效果和独特的优点，已广泛应用于各种美容手术，并已成为当前临床治疗皮肤外科疾病的首选方法。
CO2脉冲激光主要由三部分组成：一是可发出1064nm激光的泵浦光源；二是由含有杂质气体的激光晶体；三是可发出波长为1064nm和1550nm两种波段的CO2激光器。
激光治疗疾病最早应用于医学领域时是在上世纪七十年代，当时采用热效应治疗皮肤病和部分外科手术。
八十年代由于人们对激光作用机制的深入了解和对其临床应用前景的探索，特别是随着脉冲染料激光器和CO2激光器的出现，使CO2激光在治疗皮肤疾病中得到了广泛应用。
在整形外
科中CO2激光也已成为一种重要的治疗方法。
—— 1 —1 —。
二氧化碳激光的
二氧化碳激光二氧化碳激光于1964年首次运用其波长为10.6µm。
因为这是一种非常有效率的激光，作为商业模型来说其转换效率达到10%，所以二氧化碳激光广泛用于激光切割，焊接，钻孔和表面处理。
作为商业应用激光可达45千瓦，这是目前最强的物质处理激光。
1、运作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。
基本的能量网状见图7。
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（电浆）。
如麦克斯韦-波尔兹曼分布定律所说，在等离子里，分子呈现多种兴奋状态。
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(10 º0) 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。
图.1 简单的二氧化碳分子能量水平图大体上，二氧化碳激光的工作物质是由二氧化碳、氦、氮气所组成的混合物。
氮气作为缓冲气体以及它的分子共鸣地传递刺激能量给二氧化碳分子。
因为张弛水平（01¹10）是瓶颈，氦的作用是作为热壑来传递能量给水平（01¹10）给氦原子。
2．二氧化碳激光的种类废热被拒的方式对激光系统设计有很大的影响。
原则上，有两种可能的方式。
第一种方式是基于自动处理自然扩散热气到管墙，运作原理就是密封和慢轴流激光。
第二种是基于气体强迫对流，其运作原理就是快轴流激光。
大体上，主要有五种二氧化碳激光：▪密封式或无流式▪慢轴流▪快轴流▪快速横向流▪横向激励大气（TEA）密封或无流式二氧化碳激光通常以用于光束偏转激光做记号。
它的放电管完全被封住。
这种激光束的质量非常好。
而且在大多数情况下整个放电管可以换新旧的可以重新灌气所以容易保养。
二氧化餐碳激光打标机工作原理
二氧化餐碳激光打标机工作原理
二氧化碳激光打标机是一种常见的工业激光设备，被广泛应用于各种材料的打标、刻印和雕刻等工艺中。
它的工作原理是利用二氧化碳分子产生激光，通过光束聚焦和精确控制，实现对材料表面的加工。
二氧化碳激光打标机的工作原理可以简单地描述为以下几个步骤：
1. 激光产生：二氧化碳激光打标机的核心部件是激光器，其中二氧化碳气体是产生激光的关键。
在激光器中，通过电流激发二氧化碳气体分子，使其处于激发态。
当这些激发态的分子返回到基态时，会释放出能量，产生激光光束。
2. 光束聚焦：激光器产生的光束经过透镜系统进行聚焦，使光束变得更加强大和集中。
透镜系统通常由凹透镜和凸透镜组成，通过调整透镜间的距离和位置，可以改变光束的直径和聚焦点的位置。
3. 光束控制：经过聚焦的光束通过反射镜和扫描镜的控制，可以精确地定位和移动光束的位置。
反射镜通常由高反射率的金属材料制成，能够将光束反射到指定的方向。
扫描镜则可以通过旋转或倾斜来改变光束的方向和扫描范围。
4. 材料加工：聚焦和控制后的光束照射到材料表面，产生高能量密度的热效应。
材料受到激光的能量作用后，发生物理或化学变化，
从而实现打标、刻印或雕刻等加工效果。
不同材料对激光的吸收和反射特性不同，因此需要根据不同材料的特性来选择合适的激光参数和处理方式。
二氧化碳激光打标机的工作原理基于激光与材料的相互作用，并通过精确的光束控制和加工参数选择，实现对材料表面的精细加工。
它具有加工精度高、速度快、适用范围广等优点，在制造业、电子业、医疗器械等领域得到了广泛应用。
co2 激光 工作原理
co2 激光工作原理
激光器是一种通过激发原子或分子能级从而产生高强度、高纯度光束的设备。
CO2激光器是一种中红外激光器，其工作原
理基于CO2分子的震动和旋转能级。
以下是CO2激光器的工
作原理：
1. 能级结构：CO2分子由一个碳原子和两个氧原子组成。
CO2分子的电子结构包含多个电子能级，其中最重要的是振动能级和旋转能级。
2. 激发：通过电击放电或光学激发等方式，将CO2分子的电
子能级提升到较高的激发态。
3. 碰撞传能：在激发态下，CO2分子往往与周围气体分子碰撞，将激发态的能量传递给周围气体分子，使其也处于激发态。
4. 脉冲能量释放：当处于激发态的CO2分子回到基态时，它
会释放出一定能量的光子。
这些光子将与周围气体分子碰撞并进一步激发，形成光放大效应。
5. 光放大：经过多次反射，在激光器的共振腔内，激光光子得到不断放大，形成一束高能量、高纯度的激光束。
6. 激光输出：通过合适的光学器件，将放大后的激光束从激光器中输出。
CO2激光器中的CO2分子是作为工作介质来利用其特殊的电
子能级结构的。
通过电击放电或光学激发，CO2分子的能级可以被提升到较高的激发态，并在跃迁到基态的过程中产生一束高能量、中红外光的激光束。
这种激光器在许多应用领域都有广泛的应用，如材料加工、医疗治疗、通信等。
CO2激光器基本原理
CO2激光器基本原理CO2激光器是一种基于二氧化碳(g)分子的工作介质，利用能够产生激光的光学电子能级跃迁，实现激光发射的一种装置。
CO2激光器具有高功率、高效率和高束稳定性的特点，广泛应用于医学、工业加工、通信等领域。
其基本原理是通过电子和振动能级之间的相互作用，使得二氧化碳分子的能级产生倒置，从而实现激光的产生。
CO2激光器的激发装置通常采用电能激发。
通过电压放电在放电管中激发电子，使其处于激发态。
然后，通过碰撞和共效应等作用，将激发态的电子能量转移到二氧化碳分子上，使得二氧化碳分子的能级产生倒置。
这一过程可以分为三个步骤：电子能级的激发、电子与振动能级的相互作用和电子能级的退激。
首先，通过电压放电，在放电管中产生电子。
电子会受到电场的作用，被加速并以高速运动。
在碰撞过程中，电子与基态分子碰撞，将其激发到高能级的振动-转动激发态。
这些激发态具有相对较长的寿命，因此它们可以与二氧化碳分子的振动能级相互作用。
其次，电子激发态和二氧化碳分子的振动能级之间存在一种促进作用，称为共效应。
这种共效应会导致电子能级和振动能级之间的能量交换。
电子激发态能量转移到二氧化碳分子的振动能级，使其能级产生倒置。
即高振动能级人多，低振动能级相对少。
最后，在稳定电压下，电子的激发态会被退激，退回到基态。
在这个过程中，电子释放出能量，将其传递给二氧化碳分子。
这些能量促使二氧化碳分子发生跃迁，激发的能级越高，跃迁能级越高，产生的激光能量越大。
谐振腔起到了放大和增强激光的作用。
谐振腔由两个弯曲的、镀膜反射镜构成，其中一个镜子是半透明的，用来输出激光束。
当二氧化碳分子处于振动能级的倒置状态时，光子在谐振腔中被多次反射，被放大和增强。
最终，激光通过输出耦合装置从激光器中输出。
总结来说，CO2激光器的基本原理是通过电压放电产生激发态的电子，然后电子与二氧化碳分子发生共效应，使得二氧化碳分子的振动能级产生倒置。
最后，通过激光谐振腔和输出耦合装置的作用，实现激光的输出。
二氧化碳激光器结构原理
二氧化碳激光器结构原理二氧化碳激光器是一种常用的激光器，其结构原理主要由激光介质、泵浦源、光学腔和输出耦合等组成。
下面将详细介绍二氧化碳激光器的结构原理。
二氧化碳激光器的激光介质是二氧化碳气体，其分子结构为O=C=O。
该气体在大气压下处于低激发态，当受到能量的激发时，分子内的电子跃迁到高激发态。
在高激发态上的电子很快通过非辐射过程退激到低激发态上，同时释放出能量，这些能量以光子的形式辐射出来，形成激光。
二氧化碳激光器的泵浦源主要是通过电流或能量传递的方式来激发二氧化碳气体。
最常用的泵浦源是电子束泵浦和放电泵浦。
电子束泵浦通过加热阴极来产生电子束，电子束经过二氧化碳气体时与气体发生碰撞，将能量传递给气体分子，从而激发激光介质。
放电泵浦则是通过在二氧化碳气体之间施加高压电场，使气体发生电击放电，激发激光介质。
接下来，二氧化碳激光器的光学腔起到放大和反射激光的作用。
光学腔是由两个反射镜组成的，其中一个是全反射镜，另一个是半透镜。
激光在光学腔内来回反射，每次反射时都经过激光介质，从而得到放大。
全反射镜使激光光线在光学腔内多次反射，增强激光的强度，而半透镜则允许一部分激光穿过，形成输出光束。
二氧化碳激光器的输出耦合是控制激光输出功率和光束质量的重要组成部分。
通过调整半透镜的位置，可以改变激光通过半透镜的比例，从而控制输出光束的功率。
此外，还可以通过使用光学元件如棱镜或光栅来调整和修正激光光束的方向和形状，以满足不同应用需求。
总结起来，二氧化碳激光器的结构原理主要包括激光介质、泵浦源、光学腔和输出耦合。
激光介质是二氧化碳气体，泵浦源通过电流或能量传递的方式来激发气体分子，光学腔用于放大和反射激光，输出耦合控制激光的输出功率和光束质量。
通过这些组成部分的协同作用，二氧化碳激光器能够产生高功率和高能量的激光，广泛应用于材料加工、医疗美容、科学研究等领域。
co2激光器的工作原理
co2激光器的工作原理
CO2激光器是一种基于气体放电的激光器，其工作原理主要涉及到电子激发、辐射共振和光放大等过程。
首先，CO2激光器中的气体由CO2、N2和He等组成，其中CO2是激发态能级的主要来源。
当电子经过外加电场的作用被激发时，它们会跃迁到更高能级的状态，这个过程称为电子激发。
在跃迁过程中，电子会释放出能量并被吸收到气体分子中。
其次，在CO2分子中，存在着不同的振动模式和转动模式。
当分子受到外部能量的刺激时，这些模式会被激发并产生辐射共振。
这个过程可以通过一个谐振腔来增强，并使得辐射功率得到进一步提升。
最后，在谐振腔内部，辐射功率将被放大，并通过输出镜反射出来形成一个高强度、单色性好的激光束。
由于CO2分子具有长寿命和高饱和度等特点，因此CO2激光器可以产生高功率、稳定性好、波长为10.6微米的激光。
总之，CO2激光器的工作原理基于电子激发、辐射共振和光放大等过程，这些过程相互作用并在谐振腔内部得到放大，最终形成一个高强度、单色性好的激光束。
CO2激光器原理与应用
CO2激光器原理及其应用课程激光原理与技术班级光信息121801班学号 0126姓名曾庆苏指导教师杨旭东完成日期目录前言 (1)激光器简介 (1)一、CO2激光器分类 (2)二、CO2三、CO激光器输出特性及其缺点 (3)2激光器结构 (3)四、CO2激光管 (4)光学谐振腔 (4)电源及泵浦 (4)激光器原理 (5)五、CO2CO分子的的能级结构 (5)2分子的振转跃迁 (5)CO2CO激光器激光上能级的激发过程 (6)2激光器激光下能级的弛豫 (7)CO2CO激光器激光产生 (7)2激光器的应用 (8)六、CO2工业应用 (8)医疗应用 (8)军事应用 (9)环境应用 (9)激光器发展特点 (10)七、CO2发展历史 (10)发展现状 (10)发展前景 (11)八、结束语 (11)前言：二氧化碳激光于1964年首次运用其波长为μm。
因为这是一种非常有效率的激光，作为商业模型来说其转换效率达到10%，所以二氧化碳激光广泛用于激光切割，焊接，钻孔和表面处理。
作为商业应用激光可达45千瓦，这是目前最强的物质处理激光。
二氧化碳激光器是目前连续输出功率较高的一种激光，它发展较早，商业产品较为成熟，被广泛应用到材料加工、医疗使用、军事武器、环境量测等各个领域，是用最广泛的激光器之一。
二氧化碳激光器的出现是激光发展中的重大进展，也是光武器和核聚变研究中的重大成果。
论文首先介绍了应用型CO2激光器的基本结构和工作原理，着重介绍了应用型CO2激光器在军事、医疗、工业和环境四个主要领域的应用，最后介绍应用型CO2激光器的发展历史、现状、以及前景。
通过这些介绍使得大家能够加深对CO2激光器的了解和认识。
一、CO2激光器简介1964年，Patel等人首先发现了用CO2气体观察到大约微米的连续波激光作用，（其中还有微米）经过多年对CO2气体激光的研究，今天它已经成为产品，广泛用于各种领域。
CO2激光器是分子气体激光器，分子气体由碳和氧组成(最常用)，分子气体激光器通过分子能级间的跃迁产生激发振荡的一种激光器，实现高效率与高功率输出。
CO2激光器原理与应用
CO2激光器原理与应用CO2激光器的工作原理是利用CO2分子在外加能级的作用下从基态跃迁到激发态，再通过受激辐射从激发态跃迁回基态。
具体来说，CO2激光器中含有三种气体：CO2、N2和He。
当电击穿CO2和N2气体时，CO2分子被激发到激发态，然后通过与N2的碰撞跃迁到其他振动-旋转能级。
在这个过程中，产生了一个激发态的CO2分子群。
接下来，激光谐振腔中的反射镜使激发态的CO2分子群反向传播，与其他带有激发态CO2分子的气体发生碰撞。
这些碰撞会导致CO2分子退激，从而释放出一束连续的激光。
CO2激光器的波长通常在10.6微米左右，这对于许多材料来说是透明的，使得CO2激光器在材料加工和切割领域有重要应用。
此外，CO2激光器有很高的功率输出，达到几千瓦甚至更高，可用于高功率激光切割、焊接和钻孔等应用。
CO2激光器的光束质量也较好，光斑直径小，光束发散度小，因此在光学加工中可以获得高精度和高质量。
CO2激光器在医学领域也有广泛应用。
例如，CO2激光器可用于皮肤整容手术中的切割和蒸发，优点在于对皮肤组织的切割较慢，可以控制切割深度，减少术后疤痕的产生。
此外，CO2激光器还可用于凝固病变组织、止血和术中癌细胞的灼烧等。
在眼科手术中，CO2激光器可用于白内障手术中的晶状体切割和角膜层剥离等操作。
此外，CO2激光器还可用于牙科手术中的切割和烧灼等。
CO2激光器还在科学研究、通信、测量等领域有广泛应用。
在科学研究中，CO2激光器可用于拉曼光谱学、激光干涉仪等实验室设备。
在通信领域，CO2激光器可用于大气中的激光通信系统，其波长适合大气传输。
在测量领域，CO2激光器可用于测量大气污染物、气体浓度、光谱分析等。
总结起来，CO2激光器是一种重要的气体激光器，其工作原理基于CO2分子的振动-旋转能级。
CO2激光器具有高功率、长波长和好的光束质量等优点，在材料加工、医学、科学研究和通信等领域有广泛的应用。
随着技术的不断发展，CO2激光器在更多领域中可能会有更广泛的应用。
二氧化碳激光原理
二氧化碳激光原理
二氧化碳激光是一种常见的工业激光器，其工作原理是基于能级传递的原理。
该激光器利用了气体中CO2分子的能级结构，在适当的激发条件下产生激光辐射。
具体而言，CO2激光器包含一个由二氧化碳和其他气体组成
的激活介质。
通过电场或放电器件，提供能量以激发气体分子，使其进入激发态。
这些激发态的分子经过一系列碰撞和辐射过程，最终通过受激辐射回到基态。
在CO2激光器中，通常使用电极和电容来产生放电，并在激
活介质中形成电子云。
这些电子与CO2分子碰撞，将其激发
到激发态。
激发态分子会通过受激辐射，发射具有特定波长的激光光子。
CO2分子的特殊能级结构使其在波长约为10.6微米的红外区
域工作。
这个波长范围具有较高的光能量和较好的透过能力，使得CO2激光器在许多应用领域中被广泛使用，如材料加工、医疗、通信等。
总结而言，二氧化碳激光器的工作原理是通过激发CO2分子
到激发态，使其经过受激辐射释放激光光子。
这种激光器具有高能量和特定波长的特点，适用于多个实际应用。
二氧化碳激光管工作原理
二氧化碳激光管工作原理
二氧化碳激光管是一种常见的激光器件，其工作原理涉及激发
气体分子，产生激光光束。
下面我将从多个角度来解释二氧化碳激
光管的工作原理。
首先，二氧化碳激光管内部包含一个充满二氧化碳气体的管道，通常还包括氮气和氦气作为辅助气体。
当电流通过激光管时，气体
分子被激发到一个高能级状态。
这种激发可以通过直接电击、放电
或其他方法来实现。
一旦气体分子被激发，它们会在碰撞中释放能
量并发射光子。
这些光子在经过反射镜多次反射后，会激发其他气
体分子，产生更多的光子，从而形成一束高能激光光束。
其次，二氧化碳激光管的工作原理涉及气体分子的能级跃迁。
二氧化碳分子在受激辐射下会发生能级跃迁，从而产生特定波长的
激光。
这种激光通常在10微米左右，属于红外光谱范围。
这种特定
波长的激光在许多应用中都具有重要意义，比如在医学、材料加工
和通讯领域。
此外，二氧化碳激光管的工作原理还涉及光学共振腔的设计。
在激光管内部，通常会设置两个反射镜，一个是部分透射的输出镜，
另一个是全反射的输入镜。
这种设置使得激光在腔内来回反射，增强了激光的强度和一致性。
总的来说，二氧化碳激光管的工作原理是通过激发气体分子，产生能级跃迁，从而产生特定波长的激光。
这种激光在许多领域都有重要的应用，包括切割、焊接、雕刻、医学手术等。
希望以上解释能够全面地回答你关于二氧化碳激光管工作原理的问题。
二氧化碳激光的原理
二氧化碳激光的原理稿子一嗨，亲爱的朋友们！今天咱们来聊聊二氧化碳激光的原理，可有趣啦！你知道吗，二氧化碳激光就像是一个超级厉害的小魔法师。
它的原理呢，其实就是利用二氧化碳气体产生的能量。
想象一下，在一个特殊的管子里，充满了二氧化碳气体。
当电流通过的时候，这些气体分子就开始兴奋起来，像一群狂欢的小精灵。
它们相互碰撞、摩擦，产生出强大的能量。
这能量可不得了，会以光的形式释放出来，形成激光束。
这激光束的波长特别适合用来做各种神奇的事情。
比如说，可以用它来切割东西。
就像一把超级锋利的刀，能够精准地把材料按照我们想要的形状切开。
而且哦，它的切割速度超快，还特别整齐。
还能用来祛斑、祛痣呢！它就像一个小小的橡皮擦，把那些不想要的斑点和痣轻轻擦掉，让皮肤变得又光滑又漂亮。
怎么样，是不是觉得二氧化碳激光很神奇？这就是它的原理带来的魔力哟！稿子二亲爱的小伙伴们，咱们来唠唠二氧化碳激光的原理哈！二氧化碳激光啊，就像是藏在一个神秘盒子里的秘密武器。
先来说说它产生的过程吧。
在一个特殊的装置里，有好多二氧化碳气体分子。
当给它们来点电刺激的时候，这些分子就像被打了鸡血一样，疯狂地动起来。
它们的运动产生了大量的能量，这些能量聚集在一起，就变成了一束超级厉害的光，这就是激光啦！这束光的特点可多啦。
它的波长刚刚好，能穿透一些材料，但又不会伤害到周围不需要处理的地方。
比如说，要是用它来治疗皮肤病，它就能瞄准那些有问题的细胞，把它们消灭掉，而不会影响到健康的细胞。
是不是很聪明？而且哦，二氧化碳激光的能量还可以调节。
就像我们调节音量大小一样，根据不同的需求，让它强一点或者弱一点。
如果要去除比较深层的问题，就把能量调高；要是只是处理表面的小瑕疵，就把能量调小一点。
呢，二氧化碳激光的原理虽然有点复杂，但它的作用真的是超级棒，给我们带来了好多便利和惊喜！。
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概述
光学谐振腔则为激光振荡的建立提供正反馈 。在CO2激光器中的光学谐振器由全反射镜 和部分反射镜组成，光学谐振腔通常的作用 ：控制光束的传播方向、选择被放大的受激 辐射光频率以提高单色性、增加激活介质的 工作长度、谐振腔的参数影响输出激光束的 质量。
能级
1、粒子数反转（激光产生的基本条件）
波长范围：
气体激光器波长覆盖范围主要位于真空紫外—远红外波段。
气体激光器
三、Co2激光器 CO2 激光器是一种混合气体激光器, CO2 为工作物质, 是提N高2激、光He器、的C输O、出X功e、率H和2 效O、率H。2 与O2 等为辅助气体,其作用 CO2激光器的输出特性有两个显著的特点:
其一是输出功率或能量相当大,能量转换效率高。 续输C出O功2 激率光最器高连的续器输件出;脉功冲率输可出达能数量十可万达瓦数,是万所焦有,脉激宽光可器压中缩连 到纳秒量级,脉冲功率密度可达太瓦量级。
气体激光器
氦:在CO2 +N2 混合气体中,加入适量的He(He的含量可以是 CO2 的4～5倍)可以大幅度提高输出功率。其原因是:He原子 质量轻,导热率高(其导热率比CO2和N2高约一个数量级),可有 效降低工作气体温度,提高输出功率。另外He对CO2分子激光 下能级100 0、020 0和011 0的弛豫作用远大于其对激光上能级 000 1能级的弛豫作用,有利于实现粒子数反转。在高气压CO2 激光器中,He的主要作用是改善气体放电的均匀性。
光谱能被吸收后，会导致原子由低能级向高 能级跃迁，部分跃迁到高能级的原子又会跃 迁到低能级并释放出相同频率单色光谱。
激光的特点
激光与普通意义上的光源相比较激光主要有 四个特点：方向性好、亮度极高、单色性好 、相干性好。
激光具有输出光束质量高、连续输出功率大 (CO2 激光器)等输出特性,其器件结构简单,造 价低廉。
(1) 可以对多种金属、非金属材料加工，特 别是能够加工某些高硬度、脆性及高熔点的 材料；
(2) 由于加工所用的工具是激光束，无“刀 具”磨损，加工过程中无切削力产生的不良 影响；
(3) 激光作用区域的功率密度很大，光束在 被加工对象上的停留时间很短，因此热影响 区很小，工件的热变形小，加工精度高，加 工质量好；
E2
粒子数反转
E1
在通常情况下，处于低能级E1的原子数 大于处于高能级E2的原子数，这种情况
得不到激光。为了得到激光，就必须使
高能级E2上的原子数目大于低能级E1上的 原子数目，因为E2上的原子多，发生受
激辐射，发出光。
能级
所有的光都是原子、分子能级变化所造成的 。这些特定能级差别的吸收和释放都表现成 为特定波长的光。
激励方式
气体激光器一般采用气体放电激励，射频激励电能利用率高， 放电稳定，可实现大面积均匀放电，因而可按增益面积比例 提高器件的输出功率，使大功率器件的体积大为缩小，板条 式激光器的放电面积每平方厘米功率输出1.5W到2W；射频 能量可以通过介质材料进行放电。如陶瓷介质，射频电极在 波导外，射频能量可以透过陶瓷介质直接馈入到激光器工作 气体中去，因此激光谐振腔内减少电极溅射与污染，有助于 延长激光器的寿命。
含N2 组分为CO2 +N2 +He+Xe+H2 ,
含CO组分为CO2 +CO+He+Xe,
含N2 组分的输出功率要高于含CO组分。
上述各种气体成分在CO2激光器中的主要作用:
氮:N2 是CO2 激光器中最主要的辅助气体,其作用主要是提高 CO2 分子0001能级的激发速率,同时加快011 0能级的弛豫速 率。加入适量的N2 后,能明显提高输出功率。但其含量不能 太高,因总气压一定时,N2含量高,则CO2含量就相应降低,且放 电时CO2 离解出的O会与N2 发生化学反应,生成N2 O和 NO, 它们对CO2 分子的000 1能级有消激发作用。
其二是输出波长分布在9～18μm波段,已观察到的激光谱线二百 多条。 其中,9～11μm红外波段中最重要的输出波长10.6μm处于大气 传输的窗口,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。 CO2 激光器于1964年问世。
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 、 H时2,O输等出气功体率时则,输显出著功下率降显。著为提提高高。输而出当功充率有,CAOr2、激N2光O器等都气充体有 不同组分的辅助气体,主要分为含N2 组分与含CO组分两种。
输出特性
气体激光器 气体和金属蒸气作为工作物质。 根据气体工作物质为气体原子、气体分子或气体离子,又可将
气体激光器分为原子激光器、分子激光器和离子激光器。
分子激光器中产生激光作用的是未电离的气体分子,激光跃迁 发生在气体分子不同的振-转能级之间。采用的气体主要有 CO2、CO、N2、O2、N2O、H2O、H2 等分子气体。分子激光 器的典型代表是CO2 激光器。
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。
气体激光器
封离型CO2 激光器
所谓封离型是指工作气体与He-Ne激光器一样被封离在放电管内。 这种结构的器件单位放电长度可输出的功率比流动型或气动型 器件要低得多,一般输出功率都低于200W。
CO2激光器的优缺点
优点：具有较好的方向性、单色性和较好的 频率稳定性。而且气体的密度小，不易得到 高的激发粒子浓度，因此。二氧化碳激光器 输出的能量密度一般比固体激光器小。
损伤阈值：损伤阈值取决于材料及其洁净度 。当能量密度较高时，损伤的概率就越高。
பைடு நூலகம்
二氧化碳激光器的应用
小功率CO2激光器主要应用于打标行业。 大功率CO2激光器:激光器是当今世界激光切
割、焊接、表面处理等的主力光源，激光加 工技术作为一种先进制造技术，解决了许多 常规方法无法解决的难题，与传统的加工技 术相比，激光加工有着许多独特的优点，主 要表现在以下几个方面：
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 代替水蒸气。混合气体中,H2O和H2的含量一般在13.3～ 40Pa之间,不能过高,因为它们除对激光下能级10 0 0和011 0 有很强的抽空作用外,对激光上能级00 0 1能级也有显著的消 激发作用。由于H2O和H2能对CO与O的复合起催化作用,故 能延长CO2 激光器的使用寿命。
缺点：CO2激光器的转换率不高，将近一半 以上的能量转换为热能，使温度升高，使粒 子反转数减少。气温升高，将使线铺展宽， 导致增益系数下降，特别温度升高，使CO2 分子的分解，降低CO2分子浓度，这些因素 都会引起激光器输出功率下降
光学元器件的损伤
表面损伤：镜面有疵点、划痕、包裹物（小 气泡、介质杂质），在这些缺陷的地方光波 电场显著加强，会发生光学击穿或故障，此 外空气的浮尘、指纹和元件排出的气体残留 也会对光学镜片造成污染。
激光原理与技术
主讲人：孔令浩
光
概述
一、 激光器的基本结构
激光器的基本结构由工作物质、泵浦源和光学谐振腔三部分构 成。
激光器的基本结构
工作物质是激光器的核心,是激光器产生光的受激辐射放大作用 源泉之所在。 泵浦源为在工作物质中实现粒子数反转分布提供所需能源。工作 物质类型不同,采用的泵浦方式不同。