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、CO

2

激光器分类 (2)

二、CO

2

三、CO

激光器输出特性及其缺点 (3)

2

激光器结构 (3)

四、CO

2

激光管 (4)

光学谐振腔 (4)

电源及泵浦 (4)

激光器原理 (5)

五、CO

2

CO

分子的的能级结构 (5)

2

分子的振转跃迁 (5)

CO

2

CO

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)

CO

2

CO

激光器激光产生 (7)

2

激光器的应用 (8)

六、CO

2

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、CO

2

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CO

2

激光器的基本结构和工作原理，着重介绍了应用

型CO

2

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

CO

2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CO

2

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CO

2

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CO

2

气体激光的研究，今天它已经成为产品，广泛用于各种领域。

CO

2

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。CO

2分子气体激光器中主要物质为CO

2

，辅助气体有氮气，氦气等。它的

光电转换效率(输出激光功率与输出电功率之比)较高，一般为15%左右，输出功

率从瓦级直到万瓦级。由于CO

2

结构类型差异很大，它应用于不同的领域，其中

应用最为广泛的当属激光医学，CO

2

激光器输出波长为，是不可见的红外光，它极易被人体组织200pm内的表层所吸收，稳定性较好，是医学上应用最为广泛的一种气体激光

工作物质：CO

、N2和He的混合物

2

激光波长：微米、微米（远红外光）（利用基态的不同振动态的转动能级之间的跃迁，故光子能量小）

特点：激光器效率高、输出能量大、功率高。

二、CO2激光器分类

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。

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。

按激励极性分

1）单相；

2）反相。

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。

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。

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。

按冷却方式分

1）空气冷却；2）水冷却。

按封装方式分

1）封离型；2）流动型。

谐振腔的材料一般为：金属—A1。陶瓷—BeO，BN、AIN、Al2O3等。

三、CO2激光器输出特性及其缺点

特性

CO

2

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特点：

第一，它有比较大的功率和比较高的能量转换效率。一般的闭管CO

2

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CO

2激光器则可有几十万瓦的连续输出。此外横向大气压CO

2

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。CO

2

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。

第二，它是利用CO

2

分子的振动-转动能级间的跃迁的，有比较丰富的谱线，