二氧化碳激光器
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。
二氧化碳激光器原理
二氧化碳激光器的基本原理1. 引言二氧化碳（CO2）激光器是目前应用广泛的一种激光器。
它具有高功率、高效率、波长适中等优点，广泛应用于医学、工业、军事等领域。
本文将详细解释与二氧化碳激光器原理相关的基本原理。
2. 激光器的基本构成二氧化碳激光器的基本构成包括：激发源、放大器和谐振腔。
2.1 激发源激发源是产生激发能量的部分，其作用是将外部能量转化为所需的激发能量。
在二氧化碳激光器中，常用的激发源是电子束和放电。
电子束激发源是通过加速电子束来激发工作气体中的气体分子，使其转化为激发态。
激发态气体分子在跃迁回基态时，将能量以激光的形式释放出来。
放电激发源则是通过电流通过工作气体产生的放电，使气体分子的电子激发到激发态。
放电释放的能量一部分转化为激光能量。
2.2 放大器放大器是将激发源产生的激光能量进行放大的部分。
在二氧化碳激光器中，常用的放大器是激光管。
激光管是一个封闭的管道，内部充满了CO2、氮气和氧气的混合物，称为工作气体。
放电激发源产生的激发态气体分子会与CO2分子碰撞，将能量转移到CO2分子上，并将CO2分子激发到激发态。
当CO2分子在跃迁回基态时，会释放出能量，产生激光。
激光经过多次反射和吸收，逐渐被放大。
放大器内部的反射镜和光学结构起到了引导光线的作用。
2.3 谐振腔谐振腔是将产生的激光能量反射和增强的部分，在二氧化碳激光器中，谐振腔由两个平行的反射镜组成。
其中一个镜子是半透明的，激光可以透过该镜子逃逸，这样可以输出激光能量。
另一个镜子是高反射率的，激光会被完全反射回去。
当激光在谐振腔中来回传播时，由于激光的波长符合谐振腔的长度，会产生共振现象，激光逐渐增强。
谐振腔的长度可以通过调整镜子之间的距离来改变，从而控制激光的频率。
3. CO2分子的能级结构为了更好地理解二氧化碳激光器的工作原理，需要了解CO2分子的能级结构。
CO2分子是由一个碳原子和两个氧原子组成的。
它的能级结构如下所示：•基态：所有的电子都处于能级最低的状态。
2024年二氧化碳激光器市场分析现状
二氧化碳激光器市场分析现状引言二氧化碳激光器是一种常见的激光器类型，广泛应用于医疗、工业、科学研究等领域。
随着技术的不断进步和市场需求的增加，二氧化碳激光器市场呈现出一定的发展潜力。
本文将对二氧化碳激光器市场的现状进行分析，并展望未来的发展趋势。
二氧化碳激光器市场规模二氧化碳激光器市场规模是衡量市场发展程度的重要指标之一。
根据市场研究机构的数据显示，二氧化碳激光器市场在近几年呈现出稳步增长的趋势。
预计到2025年，全球二氧化碳激光器市场规模将超过XX亿美元。
二氧化碳激光器市场应用领域医疗领域二氧化碳激光器在医疗领域具有广泛的应用。
它可以用于手术切割、烧蚀、去除皮肤病变等常见治疗。
由于其创伤小、恢复快的特点，二氧化碳激光器在整形美容、皮肤科等领域的应用越来越受到医生和患者的欢迎。
二氧化碳激光器在工业领域广泛应用于各种加工工艺，如切割、焊接、雕刻等。
相比于传统的加工方法，二氧化碳激光器具有高效、精确、无接触等优点，能够满足各种复杂加工需求。
科学研究领域在科学研究领域，二氧化碳激光器被广泛应用于光谱分析、光学材料制备、原子与分子物理学等领域。
其输出波长和功率可调节性强，能够满足不同研究需求。
二氧化碳激光器市场竞争格局目前，全球二氧化碳激光器市场存在着较为激烈的竞争。
主要的厂商包括Coherent Inc.、Rofin-Sinar Technologies Inc.、TRUMPF GmbH+Co. KG.等。
这些厂商在产品质量、技术创新、售后服务等方面都具有竞争优势，占据着市场份额。
二氧化碳激光器市场发展趋势技术创新随着科学技术的不断发展，二氧化碳激光器的技术也在不断创新。
新型的二氧化碳激光器具有更高的功率密度、更小的尺寸和更低的能量消耗，能够满足市场对高性能激光器的需求。
未来，二氧化碳激光器的应用领域将不断拓展。
随着医疗技术的进步，二氧化碳激光器在生物医学领域的应用将更加广泛。
同时，二氧化碳激光器在汽车制造、电子制造等领域也将得到更多应用。
二氧化碳激光器简介PPT课件
4.5 横向激励高气压CO2激光器（TEA） 1 特点
工作气压高 采用横向激励方式 电极面积大 施用预电离技术
2 常用的TEA CO2激光器结构 1） 针板TEA CO2激光器
结构比较简单，易实现均匀激励，效率不高，光束质量不太好
4 辅助气体 N2： 增大CO2分子0001能级的激发速率,还能增加0110能
级的驰豫速率
CO：增大CO2分子0001能级的激发速率，还能增加0110
能级的驰豫速率，但太高时会使0001能级消激发
He：1 降低工作气体的温度，增加输出功率
2 He对激光下能级的驰豫作用比对激光能级的驰豫作 用影响大得多，这有利于粒子数反转，即有利于提高输出 功率
2）管－板式放电结构 阴极： 放置位置： 气流上游前沿与阳极前沿对齐 与导流板之间必须留有足够的空隙 应置于喉道渐缩段内 寿命：与管径大小有关，管径小寿命长 材料：无氧铜 水冷镍阴极
阳极： 条形，两端圆弧过渡，紫铜制造 辅助阳极 阳极长度不匹配： 电极缩短，抑制瞬间飞弧的进一步扩展，在工
作气质变劣时也能稳定放电 电极过短，特别气质变劣情况下，异常辉光放
4）费米共振激发
CO2（1000）+ CO2（0000）－ △E
CO2（0200）
CO2（1000）－ △E
3 二氧化碳激光器驰豫过程
1）激光上能级的驰豫 分 体积驰豫 和 管壁驰豫，驰豫速率与气压有关，体
积驰豫还与辅助气体种类及其气压有关 2）激光下能级的驰豫
第一步 1000和0200能级的分子与基态分子碰撞，二者都会驰豫 到0110振动能级
1）电子碰撞激发
直接激发
co2激光器光谱
co2激光器光谱CO2激光器（二氧化碳激光器）是一种使用二氧化碳分子产生激光的气体激光器。
它具有广泛的应用领域，包括医疗、工业、科研等。
CO2激光器的工作原理是通过电子激发二氧化碳分子，使其跃迁到激发态并发射光子，从而产生激光。
CO2激光器的光谱特性是其特有的光子发射光谱。
该光谱主要由二氧化碳分子的谱线组成，具有几个特征峰。
在一般的CO2激光器中，常用的工作波长是10.6微米。
CO2激光器在这个波长范围内具有很高的功率输出和较好的光束质量，因此成为常用的工业激光器。
CO2激光器的光谱特性与二氧化碳分子的能级结构有关。
二氧化碳分子由一个碳原子和两个氧原子组成，其中碳原子与两个氧原子形成两个双键，其中一个是弱双键，另一个是强双键。
当CO2分子被电子激发时，激发态电子与CO2分子之间发生碰撞。
碰撞使激发态电子跃迁至高能级，产生激光辐射。
CO2激光器的光谱可以分为两个主要部分：热光和激射光。
热光是由CO2分子高能态自发跃迁到低能态时产生的，其波长分布在9.4至11.7微米之间，峰值波长为10.6微米。
热光通常具有较强的辐射强度，但光束质量较差。
激射光是通过反向性跃迁和产生受激辐射而产生的，并具有更窄的光谱线宽和更高的光束质量。
CO2激光器的光谱特性对其应用具有重要意义。
在医疗领域，CO2激光器可用于手术切割、切割和焊接，其波长与组织的吸收特性相匹配，因此具有较高的手术精度和效果。
在工业和制造领域，CO2激光器主要用于材料加工，如切割、打孔和焊接。
其高功率和较强的穿透力使其能够处理各种材料，并具有高效率和精确性。
在科学研究领域，CO2激光器可以用于大气研究、光谱分析等，其波长范围广泛，能够覆盖多种分子光谱。
总之，CO2激光器的光谱特性主要由二氧化碳分子的能级结构决定，其光谱包含热光和激射光。
这些光谱特性使CO2激光器在医疗、工业和科研等领域具有广泛的应用前景。
随着科技的发展，相信CO2激光器在未来将会有更多的应用和突破。
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。
二氧化碳co2激光器分类、特点与应用
二氧化碳co2激光器分类、特点与应用
根据激光介质不同，二氧化碳（CO2）激光器可以分为立式封管式CO2激光器和射频金属电极管式CO2激光器。
下面是对
其分类、特点和应用的详细介绍：
1. 立式封管式CO2激光器：
- 特点：立式封管式CO2激光器使用纵向封管结构，主要由气体混合器、电极、透镜组成。
激光工作介质为CO2、N2和He 气体混合物，通过电子激发CO2分子实现激光发射。
该激光
器具有较高的功率密度和较高的开关速度，能够产生连续激光或脉冲激光。
- 应用：立式封管式CO2激光器广泛用于激光切割、激光打标、激光雕刻、激光焊接等工业加工领域。
其高功率和高效能的特点使其在金属加工、木材加工、陶瓷加工、纸张加工等领域具有广泛应用。
2. 射频金属电极管式CO2激光器：
- 特点：射频金属电极管式CO2激光器利用电极产生射频电场，激发CO2分子实现激光发射。
其结构简单，激光输出稳定，
并且激光输出功率可达几十千瓦甚至数百千瓦。
- 应用：射频金属电极管式CO2激光器常用于高功率激光切割、激光焊接、激光熔覆等应用。
由于其高功率特性，可以广泛应用于汽车制造、航空航天、能源装备等领域的金属加工和表面处理。
总之，CO2激光器具有功率密度高、能量转化效率高、光束
质量好、加工效果精细等特点，因此在工业加工、医疗美容、科学研究等领域都有重要的应用。
二氧化碳激光器分类、特点与应用
二氧化碳激光器分类、特点与应用二氧化碳激光器是一种使用二氧化碳气体为工作介质的激光器，根据不同的工作方式和输出功率，可以分为连续波二氧化碳激光器和脉冲二氧化碳激光器两种类型。
连续波二氧化碳激光器：连续波二氧化碳激光器的输出功率较高，通常在几瓦到几百瓦之间。
其特点是输出稳定，能量密度均匀，适用于许多高精度的工业加工应用，如激光切割、激光打孔、激光刻蚀等。
脉冲二氧化碳激光器：脉冲二氧化碳激光器的输出功率较低，通常在几十瓦以下，但脉冲宽度很短，能量密度很高。
其特点是激光脉冲能量较大、有较高的单脉冲能量和重复频率，适用于高精度的微加工、皮肤美容、医疗治疗等领域。
二氧化碳激光器具有以下特点：1. 高光束质量：二氧化碳激光器的波长为10.6微米，能够聚焦到很小的斑点，适用于高精度的激光加工。
2. 高效能：二氧化碳激光器的光电转换效率较高，能源消耗相对较低。
3. 易于操作和维护：二氧化碳激光器体积较小，结构简单，工作稳定可靠，维护方便。
4. 应用范围广：二氧化碳激光器可以用于金属加工、非金属材料加工、医疗美容、科研等多个领域。
二氧化碳激光器的应用领域包括但不限于：1. 激光切割：二氧化碳激光器可以切割金属、塑料、纸张等材料，广泛应用于汽车制造、电子产业等。
2. 激光打孔：二氧化碳激光器可以在金属、陶瓷、聚合物等材料上进行高精度的打孔加工。
3. 激光焊接：通过二氧化碳激光器的热效应，可以在汽车制造、航空航天等领域实现材料的高效焊接。
4. 医疗美容：二氧化碳激光器可以用于皮肤表面的去除、疤痕修复、皮肤组织切割等美容和医疗应用。
5. 科学研究：二氧化碳激光器被广泛应用于光谱分析、光化学反应等科学研究领域。
第3章_二氧化碳激光器
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．
二氧化碳激光器分类特点与应用
二氧化碳激光器分类特点与应用一、分类：CO2激光器主要分为封闭式和开放式两种类型。
1.封闭式CO2激光器：封闭式CO2激光器通常由气体激光管、泵浦器和腔镜组成。
其中，气体激光管内充填有二氧化碳、氮气和稀有气体混合气体。
通过泵浦器向激光管内添加能量，使气体分子激发至亚稳态，产生激光放大。
腔镜用来折射和反射激光，形成激光束输出。
封闭式CO2激光器适用于医疗美容、雕刻切割等高精度和高功率需求的场合。
2.开放式CO2激光器：开放式CO2激光器通常由气体激光管、泵浦器、扩束镜和输出镜组成。
其中，气体激光管内充填有二氧化碳和氮气混合气体。
泵浦器提供能量，使气体分子激发到受激发射态，在输出镜的作用下，形成激光束输出。
开放式CO2激光器适用于雕刻、切割等对功率要求较低的场合。
二、特点：CO2激光器具有以下几个特点：1.波长长：CO2激光器的激光波长为10.6微米，属于远红外光，对很多物质有很强的穿透能力。
2.高功率：CO2激光器可以达到很高的功率输出，通常可达到几十瓦至几百瓦。
3.高效率：CO2激光器的光电转换效率较高，可达到10%左右。
4.良好的光束质量：CO2激光器的光束质量较好，光斑比较小和聚焦性能好。
5.易于操控：CO2激光器的输出功率和频率可以通过调整泵浦能量和稀有气体含量等参数进行调节。
6.长寿命：CO2激光器的寿命较长，使用寿命可达数千小时以上。
三、应用：CO2激光器具有广泛的应用领域，如医疗、工业、科学研究等。
1.医疗方面：CO2激光器主要用于皮肤整形、手术切割、疤痕修复等医疗美容领域。
由于CO2激光器的波长与水分子吸收特性相匹配，因此可以控制热损伤范围，减少手术切割对周边组织的影响。
2.工业方面：CO2激光器广泛用于工业加工领域，如切割、雕刻、焊接等。
其高功率和良好的光束质量使其成为金属切割和非金属切割的重要手段。
3.科学研究方面：CO2激光器在科学研究中也有广泛应用，如光学实验、量子物理研究等。
二氧化碳激光原理
二氧化碳激光原理
二氧化碳（CO2）激光是一种常见的气体激光器。
它的工作原理基于带电气体（常用的是混合的 CO2、N2、He 气体）中的
能级传递过程。
首先，一个带有高电压的电极通过电击使得气体放电，产生等离子体。
接着，电子与气体分子碰撞，使得气体分子的电子能级发生变化。
当气体分子的电子跃迁至高能级时，这些高能态的分子处于不稳定状态，会通过自发辐射等机制向低能态跃迁。
这个退激发过程会释放出弛豫辐射（relaxation radiation）的能量。
在 CO2 激光器中，这个能量释放过程通过另外两种分子进行
传递：N2 和 CO2。
首先，大约 70% 的能量由 N2 分子吸收，
并使 N2 分子电子能级跃迁至振动激发态。
随后，与 N2 分子
碰撞的 CO2 分子会吸收这些振动能量，并使 CO2 分子的振动
激发态转变为致辐射激发态。
最后，CO2 分子退激发时，会
通过辐射跃迁释放出激光光子。
CO2 激光器的激光束通常是长波红外线，波长约为10.6 微米。
由于这种波长的光可以很好地被大部分非金属材料和生物体吸收，因此 CO2 激光被广泛应用于切割、焊接、打孔等工业领域。
总结而言，CO2 激光的工作原理是通过气体分子的能级跃迁
过程，在特定的混合气体中产生光子放射，从而实现激光光束的发射。
这种激光在工业领域有着广泛的应用。
二氧化碳激光器应用场景_解释说明以及概述
二氧化碳激光器应用场景解释说明以及概述1. 引言1.1 概述二氧化碳（CO2）激光器是一种常见的气体激光器，利用高能量电子与合适浓度的CO2分子相互作用来工作。
它具有许多优异的性能和广泛的应用场景。
在本篇文章中，我们将探索二氧化碳激光器的应用领域，并提供详细的解释和说明。
1.2 文章结构本文将按照以下方式进行阐述：首先，我们将介绍二氧化碳激光器应用场景的解释说明，包括工业、医疗和科学研究等方面。
接着，我们将总结二氧化碳激光器的特点和优势，并对其高功率和高效能、可调谐性和多模式运行以及光学质量和束流特性做出概述。
最后，我们将对二氧化碳激光器未来发展进行展望，并得出结论。
1.3 目的本文旨在分享关于二氧化碳激光器应用范围的知识，并帮助读者了解其重要性以及为何广泛应用于各个领域。
通过阅读本文，读者将对二氧化碳激光器的应用场景有更清晰的了解，并能够认识到它在工业、医疗和科学研究中的重要作用。
2. 二氧化碳激光器应用场景解释说明2.1 工业应用:二氧化碳激光器在工业领域有广泛的应用场景。
首先，它被用于切割和焊接金属材料。
其高功率和高能量密度能够快速准确地切割或焊接各种金属，例如不锈钢、铝合金等。
这种切割和焊接方法比传统机械方法更精确、更高效，并且产生的热影响区较小。
此外，二氧化碳激光器也常被应用于制造业中的雕刻和打标。
通过控制激光束大小和强度，可以在不同材料表面上实现精细图案的雕刻或文字的打标。
这种技术广泛运用于电子产品、汽车零部件等行业。
还有一些其他工业应用包括：材料加工（如塑料切割、木材加工）、纸张与纤维加工（如纸板裁剪、纤维蒸湿和彩色印刷）以及喷码标注等。
2.2 医疗应用:在医疗领域，二氧化碳激光器也具有重要的应用价值。
其中一项主要应用是皮肤病治疗。
二氧化碳激光可以通过聚焦在皮肤表面或深层组织上，刺激胶原再生和损伤的修复。
它被广泛用于去除痣、治疗红血丝以及减少皮肤上其他不完美的问题。
此外，二氧化碳激光器还被用于进行手术切割和消融。
二氧化碳激光器(经典)
二氧化碳激光器一.CO2激光器简介二氧化碳激光器，可称“隐身人”，因为它发出的激光波长为10.6微米，“身”处红外区，肉眼不能觉察，它的工作方式有连续、脉冲两种。
连续方式产生的激光功率可达20千瓦以上。
脉冲方式产生波长10.6微米的激光也是最强大的一种激光。
人们已用它来“打”出原子核中的中子。
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。
最普通的二氧化碳激光器是一支长1米左右的放电管。
它产生的激光是看不见的，在砖上足以把砖头烧到发出耀眼的白光。
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：1.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。
2.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。
3.它的输出波段正好是大气窗口（即大气对这个波长的透明度较高）。
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。
二氧化碳激光器介绍
二氧化碳激光器介绍二氧化碳（CO2）激光器是一种常见的气体激光器，广泛应用于医学、工业和科研领域。
本文将介绍CO2激光器的原理、特点、应用以及一些相关的技术进展。
CO2激光器的原理基于二氧化碳分子在激发态和基态之间跃迁时放出的光能。
它的基本结构由激光管、泵浦源和输出耦合器组成。
激光管是一个封闭的管状动力学系统，内部充满了CO2、氮气和一小部分惰性气体混合物。
CO2激光器是中红外激光器，其工作波长在9.4~10.6微米之间。
泵浦源通常采用电子束激发或直接电通电流，以产生高能量的电子束或电弧，使得CO2分子处于激发态。
在该过程中，氮气和惰性气体起到了能量传递和CO2气体冷却的作用。
当CO2分子处于激发态时，通过碰撞和辐射跃迁，分子会回到基态并释放出能量。
这些能量以光子的形式被放射出来，形成一束高能量、单频率和空间相干性强的激光束。
这就是CO2激光器的工作原理。
CO2激光器具有几个显著的特点。
首先，它具有高能量密度和大功率输出的优势，因此在工业材料加工领域有广泛的应用。
其次，CO2激光器的波长与许多材料的吸收特性相匹配，可以实现高效的切割、焊接和打孔操作。
此外，CO2激光器由于其相对较长的波长，对光的传播有较好的表现，适用于长距离或特殊环境下的激光传输。
在医学领域，CO2激光器主要用于外科手术和皮肤治疗。
在外科手术中，它被广泛用于切除肿瘤、切割组织和凝固血管等。
在皮肤治疗中，CO2激光器可以用于去除皮肤病变、减少皱纹以及治疗疤痕等。
CO2激光器具有高的吸收率和浅的组织穿透深度，因此可以实现精确的组织切割和热效应。
在工业领域，CO2激光器主要用于金属切割、打标和焊接。
它可以通过调节功率和扫描速度来实现不同厚度的材料切割。
同样，CO2激光器还可以用于非金属材料如塑料、木材和陶瓷的切割和打标。
值得注意的是，CO2激光器的使用需要遵循一定的安全措施。
它的激光束具有很高的能量密度，对人体和物体可能造成伤害。
因此，在使用CO2激光器时，必须佩戴适当的防护装备，并遵循相应的操作规程。
二氧化碳(CO2)激光器介绍
二氧化碳(CO2)激光器介绍二氧化碳激光器是以CO2气体作为工作物质的气体激光器，其波长为10.6微米附近的中红外波段。
其通过连续波、脉冲和高能量超脉冲技术以不同的能量和时间照射人体皮肤组织，组织吸收激光能量后主要发生光热反应，可使皮肤组织切割、汽化、碳化、凝固或适当变性，达到祛除病变，同时止血或结痂，改变皮肤肌理，达到治疗或理疗的目的。
二氧化碳(CO2)激光器原理CO₂分子为线性对称分子，两个氧原子分别在碳原子的两侧，所表示的是原子的平衡位置。
分子里的各原子始终运动着，要绕其平衡位置不停地振动。
根据分子振动理论，CO₂有三种不同的振动方式：①二个氧原子沿分子轴，向相反方向振动，即两个氧在振动中同时达到振动的最大值和平衡值，而此时分子中的碳原子静止不动，因而其振动被叫做对称振动。
②两个氧原子在垂直于分子轴的方向振动，且振动方向相同，而碳原子则向相反的方向垂直于分子轴振动。
由于三个原子的振动是同步的，又称为变形振动。
③三个原子沿对称轴振动，其中碳原子的振动方向与两个氧原子相反，又叫反对称振动能。
在这三种不同的振动方式中，确定了有不同组别的能级。
二氧化碳(CO2)激光治疗仪器作用（1）按输出方式分1）连续输出；2）脉冲输出——调制频率高达1MHz；3）Q开关输出——电光调Q与声光调Q。
（2）按谐振腔的工作分1）波导腔——孔径D=1～3mm；2）自由空间腔——孔径D=4～6mm。
（3）按激励极性分1）单相；2）反相。
（4）按腔体结构分1）单腔；2）多腔；（a）折叠腔：V型——2折；Z型——3折；X型——4折。
（b）列阵腔：短肩列阵；交错列阵。
（c）积木式：并联—2腔；三角组联—3腔。
3）大面积放电（a）平板型，（b）同心环型。
（5）按均恒电感分布方式分1）准电感谐振技术—用于低电容激光头；2）平行分布电感谐振技术—用于高电容激光头。
（6）按谐振腔材料分1）陶瓷—金属混合型；2）全陶瓷型；3）全金属型。
二氧化碳激光器的阈值
二氧化碳激光器的阈值
二氧化碳（CO2）激光器是一种广泛应用于科研、医疗、工业和军事领域的气体激光器。
其阈值是指激活激光器开始放射出激光束所需的最小激发能量或功率。
二氧化碳激光器的阈值通常受到以下几个因素的影响：
1. 激发源：二氧化碳激光器通常需要一个外部的能量源来激发气体分子产生激射。
这个能量源可以是电流、化学反应或其他方式。
阈值取决于激发源提供的能量强度。
2. 激发频率：二氧化碳激光器的激发频率通常在10微米附近，这是二氧化碳分子的吸收峰值。
因此，阈值通常与激发频率有关。
3. 激光介质：二氧化碳激光器使用的气体混合物和压力也会影响阈值。
通常，适当的气体混合物和压力可以降低阈值。
4. 光学反馈：二氧化碳激光器通常需要适当的光学镜片和反射器来实现光学反馈，形成激射。
镜片的质量和反射率也可以影响阈值。
5. 激发源的稳定性：激发源的稳定性对于维持激光器的操作和输出功率也很重要。
不稳定的激发源可能需要更高的能量才能达到阈
值。
总之，二氧化碳激光器的阈值是一个复杂的参数，受多个因素影响。
它通常需要通过实验和精确的调整来确定，以确保激光器可以正常工作并产生所需的输出功率。
不同类型的二氧化碳激光器可能具有不同的阈值，具体的数值可能需要根据具体的设备和应用来确定。
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，它利用二氧化碳气体作为工作介质，通过电子激发来产生激光。
二氧化碳激光器具有高功率、高效率和较好的束流品质等优点，因此在医疗、工业加工、通信等领域得到广泛应用。
本文将从二氧化碳激光器的工作原理、结构特点和应用领域等方面进行介绍。
首先，二氧化碳激光器的工作原理是基于气体激光器的原理。
在二氧化碳激光器中，二氧化碳气体充当激光介质，通过外加能量激发气体分子的能级，使其处于激发态。
当气体分子回到基态时，会释放出光子，形成激光。
这种激光的波长通常在10.6微米左右，属于红外光谱范围。
二氧化碳激光器通常采用气体放电的方式来提供能量，通过电极产生电场，激发二氧化碳气体分子。
在激光共振腔中，激发的二氧化碳气体分子与共振光腔中的光子发生能级跃迁，从而产生激光输出。
其次，二氧化碳激光器的结构特点主要包括激发系统、共振腔和输出耦合系统。
激发系统通常采用电极和放电介质，通过电子束或放电激发二氧化碳气体。
共振腔由两个反射镜构成，其中一个镜子部分透明，用于输出激光。
共振腔中还包括光学增益介质，用于增强激光的能量。
输出耦合系统用于调节激光输出的功率和模式，通常采用反射镜或光栅等光学元件。
这些结构特点保证了二氧化碳激光器的稳定输出和高效工作。
最后，二氧化碳激光器在医疗、工业加工和通信等领域有着广泛的应用。
在医疗领域，二氧化碳激光器常用于皮肤手术、整形美容和眼科手术等，具有创伤小、愈合快的优点。
在工业加工领域，二氧化碳激光器可用于切割、焊接、打标等工艺，具有高效、精密的特点。
在通信领域，二氧化碳激光器可用于光纤通信、激光雷达等应用，具有大功率、远传输距离的优势。
综上所述，二氧化碳激光器是一种重要的激光器，其原理基于气体激光器，具有高功率、高效率和较好的束流品质等优点。
二氧化碳激光器在医疗、工业加工和通信等领域有着广泛的应用前景，对于推动相关领域的发展具有重要意义。
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。
第3章_二氧化碳激光器
• 根据调查统计，直流高压供电电路故障导致 无激光输出的故障占该类故障总数的60%以 上。其次检查光路仔细观察导光臂固定座的 中心轴与CO2激光管的中心轴是否重合(应重 合)；CO2激光管的固定卡环是否松脱；激光 管输出侧的平凸镜位置是否正常；输出窗是 否清洁。
• 最后检查激光管，如激光管放电正常，但 无激光输出，可能是激光管两端腔片损坏 或输出窗被遮盖；激光管有不正常的放电， 无激光输出，可能是激光管中阳极或阴极 损坏，或管中的工作气体被杂质气体所污 染；激光管无放电，也无激光输出，则可 能是阴极损坏或老化而不能发射电子，阴 极或阳极引线封结处玻璃炸裂或激光管两 端腔片粘结处漏气，空气进入激光管，从 而激光管无法放电。
由于C0 分子00 能级与 分子v=1能级十分接近 能量转移十分迅速。此外 2分子的 能级与N 能级十分接近,能量转移十分迅速 由于 2分子 01能级与 2分子 能级十分接近 能量转移十分迅速。此外,N v=2~4能级与 2分子 02~0004也十分接近 相互间也能发生共振转移 处于 能级与C0 分子00 也十分接近,相互间也能发生共振转移 能级与 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 2分子碰撞可将它激励至 01能级。 分子与基态C0 分子碰撞可将它激励至00 能级 能级。 的 在以上三种激发途径中,共振转移的几率最大 在以上三种激发途径中 共振转移的几率最大, 共振转移的几率最大 作用也最为显著。 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。 体分子间的碰撞。 一旦实现了(0001)与 (1000)、 (0200) 一旦实现了 与 、 之间的粒子数反转，即可通过受激辐射， 之间的粒子数反转，即可通过受激辐射，产 跃迁产生10.6um波长的激 生: 0001→1000跃迁产生 → 跃迁产生 波长的激 光光00 → 跃迁产生9.6um波长的激 光光 01→0200跃迁产生 跃迁产生 波长的激 光。 由于以上跃迁具有同一上能级,而且 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 2激光 跃迁的几率大得多,所以 → 跃迁的几率大得多 所以C0 激光。 器通常只输出10.6µm激光。若要得到 器通常只输出 激光 9.6um的激光振荡 则必须在谐振腔中放置波 的激光振荡,则必须在谐振腔中放置波 的激光振荡 激光振荡。 长选择元件抑制10.6um激光振荡。 长选择元件抑制 激光振荡
二氧化碳激光器
必须选择平均电子能远远超过0001能级 的激励阈值，以免0110能级直接泵浦；
大部分电子用来激励N2的第一激发态； 平均电子伏必须限制在3eV下，避免CO2 过度离解
Company Logo 图( 与产生激光有关的CO2分子能级图
（2）共振转换激励 1） N2(ν=1)+CO2(0000) →N2(ν=0)+CO2(0001)-18cm-1 2） CO (ν=1)+CO2(0000) →CO2(0001)+CO(ν=0)-206cm-1
共振转换 1）方程碰撞速率相当大； 2）大大增加了CO2（0001）能级的寿命。
指出：He是一种常用的气体，对 激光上能级的激励去激励都不起重 要作用。
图（3）CO2分子振动模型
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2、弛豫过程
（1）激光上能级0001的弛豫 CO2(0001)+hν →CO2(1000，0200)+ hν+ hν
CO2激光器的原理及应用
目 录
1 二氧化碳激光器概述 2 CO2激光器的结构 3 二氧化碳激光粒子数反转机理 4 经典二氧化碳激光动力学 5 CO2激光器的应用
一、二氧化碳激光器概述
1、简介 1964年，Patel等人首先发现了用CO2气体观察到大约 10.6微米的连续波激光作用，（其中还有9.6微米）经过多年 对CO2气体激光的研究，今天它已经成为产品，广泛用于激 光加工、医疗、大气通信及其他军事应用。 2、特点 （1）输出功率大。最大功率能达到十万瓦级别并且连续波 输出功率，这是惊人的。 （2）能量转换效率高。15%-40% （3）输出波长(10.6um)
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3、激光器的优化
1）若要解上述粒子密度方程组，除了速率系数和其他的参数，例如 粒子浓度n、自发辐射速率A等等，都可以通过查表或者计算得出。 其中电子密度还得通过电子温度和气体温度算出。由此可以进一步解 微分方程。进而通过遗传算法优化。
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二氧化碳激光器简易设计
物理系
光信息科学与技术
2009112099
指导老师齐新元
同昕
一、二氧化碳激光器的概述
1.简介
1964年，Pater等人首先发现了用CO2气体观察到大约10.6微米的连续破激光作用，（期中还有9.6微米）经过多年对CO2气体见光的研究，今天他一进更成为产品，广泛用于激光加工，医疗，大气通信及其他军事应用领域。
2.特点
(1) 输出功率大。
最大功率能达到十万瓦级别并且连续波输出功率，这是惊人的。
(2) 能量转化效率高，可以达到15—40个百分点。
(3) 输出波长（10.6um）
典型的封离式二氧化碳激光器，它是由密封的气体放电管，水冷管，电极、凹面反射镜、平面镜、储气管、回气管以及一些点元器件组成，平面反射镜、全凹反射镜以及放电管组成了激光谐振腔。
放电管中所充的气体是CO2-N2-He。
3. CO2 激光器基本工作原理
如下图所示为CO2激光器的产生激光的分子能级图。
从图中可以分析得到CO2激光的激发过程，主要的工作物质由CO2，氮气，氦气三种气体组成。
其中CO2是产生激光辐射的气体、氮气及氦气为辅助性气体。
加入的氦有两个作用：一个是可以加速010能级热弛预过程，因此有利于激光能级100及020的抽空；另一个是实现有效的传热。
氮气的加入主要在CO2激光器中起能量传递作用，为CO2激光上能级粒子数的积累与大功率高效率的激光输出起到强有力的作用。
泵浦采用连续直流电源激发。
它的直流电源原理：直流电压为把接入的交流电压，用变压器提升，经高压整流及高压滤波获得高压电加在激光管上。
CO2激光器的基本工作原理：与其它分子激光器一样，CO2激光器工作原理其受激发射过程也较复杂。
分子有三种不同的运动，即分子里电子的运动，其运动决定了分子的电子能态；二是分子里的原子振动，即分子里原子围绕其平衡位置不停地作周期性振动——并决定于分子的振动能态；三是分子转动，即分子为一整体在空间连续地旋转，分子的这种运动决定了分子的转动能态。
分子运动极其复杂，因此能级也很复杂。
CO2激光器产生激光：在放电管中，通常输入几十mA或几百mA的直流电流。
放电时，放电管中的混合气体内的氮分子由于受到电子的撞击而被激发起来。
这时受到激发的氮分子便和CO2分子发生碰撞，N2分子把自己的能量传递给CO2分子，CO2分子从低能级
跃迁到高能级上形成粒子数反转从而产生激光。
二、设计方案
设计图
封离式二氧化碳激光器
电源 电极 反射平镜
转向反射镜
冷却水
全反射凹镜
放电管 CO 2
激光束
聚焦镜
谐振腔
功率输出 激光器电源 14.28 DB
AC DC30V 8A
220v 6w
1.5A 35mhz
160w 35Mhz
（使用WORD 绘图工具编辑）
整流滤波 开关电源 振荡器 放大器 匹配网络 调制器
该激光器可以用于激光焊接，通过在输出端加入带辅助气体喷嘴，就可以通过高功率的激光输出进行激光按揭以及对工业零件的加工。
三、 CO2激光器的焊接技术
激光焊接是一种材料连接方法，主要是金属材料之间连接的技术。
它和传统的焊接技术一样，通过将连接区的部分材料熔化而将两个零件或部件连接起来。
因为激光能量高度集中，加热、冷却的过程及其迅速，一些普通焊接技术难以加工的如脆性大、硬度高或柔软性强的材料，用激光很容易实现。
另一方面，在激光焊接过程中无机械接触，易保证焊接部位不因受力而发生变形，通过熔化最小数量的物质实现合金连接，从而大大提高焊接质量，提高生产率。
激光焊的焊缝深度比大，而焊缝热影响区极小，质量好。
例如：金属薄板的焊接，中功率CO2激光器适合焊接1mm以下厚度的金属薄板,如汽车部件，发电机、刮水机、启动机、举窗机等经常使用到的层叠状的硅钢片的固定,过去采用打孔销钉固定，现在可以激光焊接。
电池焊接，锂电池的生产工序如极耳焊接、安全阀焊接、负极焊
接、外壳密封焊接使用激光焊接为最佳工艺，需要配备的激光焊接机
的品种和数量十分巨大。
精密仪表零件的激光焊接需求也在增大，如不锈钢压力膜片的焊接、航空仪表外壳的焊接。
通过对于不同激光器的选择，激光器的应用领域也是十分广泛，并且前景良好，激光器的发展有待更多技术人员研究，并将它推上新高度。