CO2激光器原理及应用
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2.2 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[3]。
2.3 激光器
激光器是一种能发射激光的装置。1954 年制成了第一台微波量子 放大器，获得了高度相干的微波束。1958 年 A.L.肖洛和 C.H.汤斯把微 波量子放大器原理推广应用到光频范围，并指出了产生激光的方法。 1960 年 T.H.梅曼等人制成了第一台红宝石激光器。1961 年 A.贾文等人 制成了氦氖激光器。1962 年 R.N.霍耳等人创制了砷化镓半导体激光器。
high-power, high quality and so on. Paper introduced the
application of CO2 laser-type basic structure and working principle, focusing on the application type CO2 laser in the military, medical and industrial application of the three main
areas, Finally, applied research prospects for CO2 laser and status. Through these presentations allowed people to deepen
their knowledge and understanding of COs lasers.
关键词: CO2 激光器； 基本原理； 基本结构； 应用； Abstract: This departure from the introduction of CO2 laser technology, introduced the basic situation, briefly introduced
some of the characteristics of laser and laser to highlight the
CO2 gas laser in laser-related applications, the current CO2 laser was one of the most extensive laser, it had some very prominent
摘要：本文从引言出发介绍了 CO2 激光技术的基本情况，简单介绍 了激光和激光器的一些特点，重点介绍了气体激光器中的 CO2 激光器 的相关应用，目前 CO2 激光器是用最广泛的激光器之一，它有着一些 非常突出的高功率、高质量等优点。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 疗和工业三个主要领域的应用，最后介绍应用型 CO2 激光器的研究前 景和现状。通过这些介绍使得人们能够加深对 CO2 激光器的了解和认 识。
本文主要介绍的 CO2 激光器的基本原理和基本结构，并着重从三个 方面介绍了 CO2 激光器的应用，最后介绍了 CO2 激光器的研究现状和发 展前景。
2 激光
激光的最初的中文名叫做“镭射”或“莱塞”，是它的英文名称 LASER 的音译，是取自英文 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 的各单词头一个字母组成的缩写词。意思是"通过受激发射
3
以后，激光器的种类就越来越多。 除自由电子激光器来自百度文库，各种激光器的基本工作原理均相同，产生激
光的必不可少的条件是粒子数反转和增益大过损耗，所以装置中必不 可少的组成部分有激励（或抽运）源、具有亚稳态能级的工作介质两 个部分。激励是工作介质吸收外来能量后激发到激发态，为实现并维 持粒子数反转创造条件。激励方式有光学激励、电激励、化学激励和 核能激励等。工作介质具有亚稳能级是使受激辐射占主导地位，从而 实现光放大。激光器中常见的组成部分还有谐振腔，但谐振腔（见光 学谐振腔）并非必不可少的组成部分，谐振腔可使腔内的光子有一致 的频率、相位和运行方向，从而使激光具有良好的方向性和相干性。 而且，它可以很好地缩短工作物质的长度，还能通过改变谐振腔长度 来调节所产生激光的模式（即选模），所以一般激光器都具有谐振腔[4]。
1966 年气动 CO2 激光器诞生了，从此 CO2 激光器受到了极大的关注。 由于激光技术中气动技术的引进，CO2 激光器开辟了广阔的运用前景。 伴随着科学技术的进步，世界各国的激光技术也得到了相应的发展， 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。在激光的发展和应用方面，CO2 激光器的制作和 应用较早也较多，早在 1970 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。从 80 年代末期开始，CO2 激光器被广 泛引进并应用在在材料加工领域。
激光器的种类是很多的。下面，将分别从激光工作物质、激励方式、 运转方式等几个方面进行分类介绍[5]。
(1)按工作物质分类 根据工作物质物态的不同可把所有的激光器分为以下几大类：①固 体（晶体和玻璃）激光器；②气体激光器，而进一步区分为原子气体 激光器、离子气体激光器、分子气体激光器、准分子气体激光器等； ③液体激光器，这类激光器所采用的工作物质主要包括两类，一类是 有机荧光染料溶液，另一类是含有稀土金属离子的无机化合物溶液； ④半导体激光器；⑤自由电子激光器。 (2)按激励方式分类 ①光泵式激光器；②电激励式激光器；③化学激光器；④核泵浦激 光器。 (3)按运转方式分类
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光扩大"。激光的英文全名已经完全表达了制造激光的主要过程。1964 年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称“激光[1]。
2.1 激光产生的三个条件
激光产生的三个条件如下： (1) 有提供放大作用的增益介质作为激光工作物质，其激活粒子（原 子、分子或离子）有适合于产生受激辐射的能级结构； (2) 有外界激励源，将下能级的粒子抽运到上能级，使激光上下能 级之间产生粒子数反转； (3) 有光学谐振腔，增长激活介质的工作长度，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[2]。
目录
摘要 ...............................................................................................................1 关键词 ...........................................................................................................1 Abstract.……………………………………………………...……………..1 Keywords .....................................................................................................1 1 引言 ............................................................................................................2 2 激光 ............................................................................................................2 2.1 激光产生的三个条件 .............................................................................3 2.2 激光的特点 .............................................................................................3 2.3 激光器 .....................................................................................................3 3 CO2 激光器的原理.....................................................................................5 3.1 CO2 激光器的基本结构..........................................................................5 3.2 CO2 激光器基本工作原理 ....................................................................7 3.3 CO2 激光器的优缺点..............................................................................8 4 CO2 激光器的应用.....................................................................................9 4.1 军事上的应用 .........................................................................................9 4.2 医疗上的应用 .......................................................................................10 4.3 工业上的应用 .......................................................................................12 5 CO2 激光器的研究现状与发展前景.......................................................14 5.1 CO2 激光器的研究现状........................................................................14 5.2 CO2 激光器的发展前景........................................................................15 6 结束语 .....................................................................................................17 参考文献 .....................................................................................................19 致 谢 .........................................................................................................20
Keywords: CO2 Laser Application
Basic Principle
Basic Structure
1
1 引言
1964 年由 Patel 在 CO2 气体放电中，获得了波长在 10.4 微米和 9.4 微米附近的连续激光输出，世界上第一台 CO2 分子的激光器诞生了。它 有比较大的功率和比较高的能量转换效率。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。其在工业、军事、医疗、科研等方面得到了广 泛的应用，给我们的实现生活带了许多便利。
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[3]。
2.3 激光器
激光器是一种能发射激光的装置。1954 年制成了第一台微波量子 放大器，获得了高度相干的微波束。1958 年 A.L.肖洛和 C.H.汤斯把微 波量子放大器原理推广应用到光频范围，并指出了产生激光的方法。 1960 年 T.H.梅曼等人制成了第一台红宝石激光器。1961 年 A.贾文等人 制成了氦氖激光器。1962 年 R.N.霍耳等人创制了砷化镓半导体激光器。
high-power, high quality and so on. Paper introduced the
application of CO2 laser-type basic structure and working principle, focusing on the application type CO2 laser in the military, medical and industrial application of the three main
areas, Finally, applied research prospects for CO2 laser and status. Through these presentations allowed people to deepen
their knowledge and understanding of COs lasers.
关键词: CO2 激光器； 基本原理； 基本结构； 应用； Abstract: This departure from the introduction of CO2 laser technology, introduced the basic situation, briefly introduced
some of the characteristics of laser and laser to highlight the
CO2 gas laser in laser-related applications, the current CO2 laser was one of the most extensive laser, it had some very prominent
摘要：本文从引言出发介绍了 CO2 激光技术的基本情况，简单介绍 了激光和激光器的一些特点，重点介绍了气体激光器中的 CO2 激光器 的相关应用，目前 CO2 激光器是用最广泛的激光器之一，它有着一些 非常突出的高功率、高质量等优点。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 疗和工业三个主要领域的应用，最后介绍应用型 CO2 激光器的研究前 景和现状。通过这些介绍使得人们能够加深对 CO2 激光器的了解和认 识。
本文主要介绍的 CO2 激光器的基本原理和基本结构，并着重从三个 方面介绍了 CO2 激光器的应用，最后介绍了 CO2 激光器的研究现状和发 展前景。
2 激光
激光的最初的中文名叫做“镭射”或“莱塞”，是它的英文名称 LASER 的音译，是取自英文 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 的各单词头一个字母组成的缩写词。意思是"通过受激发射
3
以后，激光器的种类就越来越多。 除自由电子激光器来自百度文库，各种激光器的基本工作原理均相同，产生激
光的必不可少的条件是粒子数反转和增益大过损耗，所以装置中必不 可少的组成部分有激励（或抽运）源、具有亚稳态能级的工作介质两 个部分。激励是工作介质吸收外来能量后激发到激发态，为实现并维 持粒子数反转创造条件。激励方式有光学激励、电激励、化学激励和 核能激励等。工作介质具有亚稳能级是使受激辐射占主导地位，从而 实现光放大。激光器中常见的组成部分还有谐振腔，但谐振腔（见光 学谐振腔）并非必不可少的组成部分，谐振腔可使腔内的光子有一致 的频率、相位和运行方向，从而使激光具有良好的方向性和相干性。 而且，它可以很好地缩短工作物质的长度，还能通过改变谐振腔长度 来调节所产生激光的模式（即选模），所以一般激光器都具有谐振腔[4]。
1966 年气动 CO2 激光器诞生了，从此 CO2 激光器受到了极大的关注。 由于激光技术中气动技术的引进，CO2 激光器开辟了广阔的运用前景。 伴随着科学技术的进步，世界各国的激光技术也得到了相应的发展， 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。在激光的发展和应用方面，CO2 激光器的制作和 应用较早也较多，早在 1970 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。从 80 年代末期开始，CO2 激光器被广 泛引进并应用在在材料加工领域。
激光器的种类是很多的。下面，将分别从激光工作物质、激励方式、 运转方式等几个方面进行分类介绍[5]。
(1)按工作物质分类 根据工作物质物态的不同可把所有的激光器分为以下几大类：①固 体（晶体和玻璃）激光器；②气体激光器，而进一步区分为原子气体 激光器、离子气体激光器、分子气体激光器、准分子气体激光器等； ③液体激光器，这类激光器所采用的工作物质主要包括两类，一类是 有机荧光染料溶液，另一类是含有稀土金属离子的无机化合物溶液； ④半导体激光器；⑤自由电子激光器。 (2)按激励方式分类 ①光泵式激光器；②电激励式激光器；③化学激光器；④核泵浦激 光器。 (3)按运转方式分类
2
光扩大"。激光的英文全名已经完全表达了制造激光的主要过程。1964 年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称“激光[1]。
2.1 激光产生的三个条件
激光产生的三个条件如下： (1) 有提供放大作用的增益介质作为激光工作物质，其激活粒子（原 子、分子或离子）有适合于产生受激辐射的能级结构； (2) 有外界激励源，将下能级的粒子抽运到上能级，使激光上下能 级之间产生粒子数反转； (3) 有光学谐振腔，增长激活介质的工作长度，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[2]。
目录
摘要 ...............................................................................................................1 关键词 ...........................................................................................................1 Abstract.……………………………………………………...……………..1 Keywords .....................................................................................................1 1 引言 ............................................................................................................2 2 激光 ............................................................................................................2 2.1 激光产生的三个条件 .............................................................................3 2.2 激光的特点 .............................................................................................3 2.3 激光器 .....................................................................................................3 3 CO2 激光器的原理.....................................................................................5 3.1 CO2 激光器的基本结构..........................................................................5 3.2 CO2 激光器基本工作原理 ....................................................................7 3.3 CO2 激光器的优缺点..............................................................................8 4 CO2 激光器的应用.....................................................................................9 4.1 军事上的应用 .........................................................................................9 4.2 医疗上的应用 .......................................................................................10 4.3 工业上的应用 .......................................................................................12 5 CO2 激光器的研究现状与发展前景.......................................................14 5.1 CO2 激光器的研究现状........................................................................14 5.2 CO2 激光器的发展前景........................................................................15 6 结束语 .....................................................................................................17 参考文献 .....................................................................................................19 致 谢 .........................................................................................................20
Keywords: CO2 Laser Application
Basic Principle
Basic Structure
1
1 引言
1964 年由 Patel 在 CO2 气体放电中，获得了波长在 10.4 微米和 9.4 微米附近的连续激光输出，世界上第一台 CO2 分子的激光器诞生了。它 有比较大的功率和比较高的能量转换效率。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。其在工业、军事、医疗、科研等方面得到了广 泛的应用，给我们的实现生活带了许多便利。