二氧化碳激光器原理及光学镜片的损伤

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二氧化碳激光器原理

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及光学镜片的损伤课件

二氧化碳激光器原理及光学镜片的损伤课件
• 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。
二氧化碳激光器原理及光学镜片的损伤
• 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。
二氧化碳激光器原理及光学镜片的损伤
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。
二氧化碳激光器原理及光学镜片的损伤
• 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。
二氧化碳激光器原理及光学镜片的损伤
• 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。

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。

co2 激光 工作原理

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。

二氧化碳玻璃管激光器说明书

二氧化碳玻璃管激光器说明书

二氧化碳玻璃管激光器说明书二氧化碳玻璃管激光器是一种常用的激光器,其工作原理是利用气体放电产生的能量,将二氧化碳气体激发至激发态,通过光学谐振腔放大激光,使其形成高功率激光束。

下面将详细介绍二氧化碳玻璃管激光器的工作原理、性能特点、应用领域及使用注意事项。

一、工作原理二氧化碳玻璃管激光器利用二氧化碳气体的分子激发产生激光。

当电压施加到玻璃管两端时,二氧化碳气体中的电子被激发至激发态,激发态电子在退回基态的过程中会释放出激光能量。

激光能量在光学谐振腔中反复反射,放大,最终形成高功率激光束。

二、性能特点二氧化碳玻璃管激光器具有以下特点:1.激光波长长,一般为10.6微米,是一种远红外激光;2.激光发射稳定,功率密度大,可用于高精度切割、雕刻、打标等加工领域;3.能够加工多种材料,包括金属、非金属、有机材料等;4.激光束聚焦后,能够在非常小的区域内产生高能量密度,可用于微细加工领域;5.二氧化碳玻璃管激光器体积小,便于搬运和安装。

三、应用领域二氧化碳玻璃管激光器广泛应用于以下领域:1.材料加工:可用于金属、非金属、有机材料的切割、雕刻、打标等加工领域;2.医疗美容:可用于皮肤去斑、脱毛、祛痘等医疗美容领域;3.科研实验:可用于气体激光、光学、物理等领域的实验研究;4.通信:可用于光纤通信、激光雷达等领域。

四、使用注意事项使用二氧化碳玻璃管激光器时需要注意以下事项:1.激光器应放置在通风、干燥、无尘的环境中;2.激光器运行时应保证水循环系统正常运行,避免激光器过热;3.激光器安装时应避免碰撞、震动等影响激光器工作的因素;4.激光器使用时应遵守相关安全规定,避免对人体造成伤害;5.激光器维护时应注意清洁光学元件,避免灰尘、油污等影响激光器性能的因素。

二氧化碳玻璃管激光器具有激光波长长、激光发射稳定、能够加工多种材料、激光束聚焦后能够在非常小的区域内产生高能量密度等特点,广泛应用于材料加工、医疗美容、科研实验、通信等领域。

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
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。

二氧化碳激光及原理

二氧化碳激光及原理

二氧化碳激光及原理二氧化碳激光,简称CO2激光,是一种常见的工业激光器。

它具有高效能、可调谐频率、稳定性高等特点,广泛应用在材料加工、医疗美容、科学研究等领域。

本文将介绍CO2激光的原理及其特点。

一、二氧化碳激光的原理CO2激光采用的是电子过渡–振动–振转能级结构的工作原理。

即先通过电子能级跃迁将气体激发成激发态,然后进一步通过振动能级跃迁和振转能级跃迁实现激光辐射。

首先,二氧化碳气体(CO2)中的氧气分子(O2)通过电子碰撞激发产生氮氧化物(NO)的激发态,然后氮氧化物(NO)进行快速非辐射跃迁,将能量传递给CO2分子,使其激发成为自由振动态。

其次,CO2分子在自由振动态的能级之间发生辐射跃迁,将红外辐射能转化为可见光能,并且在光学谐振腔的作用下,这些能级可以形成一组相干波。

最后,利用光学谐振腔的输出耦合镜,将激光从光学谐振腔中输出。

这样,就得到了二氧化碳激光。

二、二氧化碳激光的特点1. 发射频率可调谐:CO2激光的激发态和激光激发能量有很大关系,通过改变激发态和能级结构之间的跃迁条件,可以实现不同频率的激光输出。

因此,CO2激光的频率可调谐。

2. 高功率输出:CO2激光具有较高的功率输出,可以达到数千瓦甚至更高的功率。

这使得它在工业领域的材料切割、焊接等加工过程中具有广泛应用。

3. 加工效果优秀:CO2激光对许多材料具有较好的加工效果。

其激光波长为10.6微米,能够在许多材料中产生蒸发、烧蚀和熔融等不同的加工结果,使其在材料加工领域占有重要地位。

4. 光束质量高:CO2激光具有良好的光束质量,光束直径小、发散角度小、光斑质量高。

这使得其在精细加工和高精度加工领域有较好的应用前景。

5. 光电转换效率高:CO2激光的光电转换效率在短波段激光中较高。

这是因为CO2分子的振动态较长,光束的损失较小。

同时,CO2分子的激发态持续时间较长,也有利于提高光电转换效率。

三、二氧化碳激光的应用领域1. 材料加工:CO2激光在材料切割、焊接、打孔等方面具有出色的加工效果。

二氧化碳(CO2)激光器介绍

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。

玻璃管co2激光器原理

玻璃管co2激光器原理

玻璃管co2激光器原理
玻璃管CO2激光器是一种常见的激光器,其原理基于CO2分子的激发和放大。

CO2激光器通常用于医疗、工业和科学研究领域,其原理和工作方式具有重要意义。

首先,CO2激光器的核心部件是充满混合气体的玻璃管。

这种混合气体通常包括氮气、氦气和二氧化碳气体。

当高压电流通过这些气体时,气体分子被激发到一个高能级状态。

在这个高能级状态下,CO2分子会发生振动和旋转,从而产生激光辐射。

其次,CO2激光器的工作原理基于激光的放大过程。

这种放大过程发生在玻璃管内部的镜子之间。

当CO2分子被激发时,它们会释放出激光辐射。

这些激光辐射在镜子之间来回反射,并且在每次反射过程中都会被放大。

最终,一束高强度、高能量的CO2激光束就会从玻璃管的一个端口发射出来。

最后,CO2激光器的激光辐射通常具有特定的波长,通常在10.6微米左右。

这种波长的激光辐射对于许多应用来说是非常有用的,比如在医疗领域用于手术切割和焊接,以及在工业领域用于材料加工和激光打标。

总的来说,玻璃管CO2激光器利用CO2分子的激发和放大过程来产生高能量、高强度的激光辐射。

其原理和工作方式为许多领域的应用提供了重要的技术支持。

co2 激光 工作原理

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。

二氧化碳激光器简介PPT

二氧化碳激光器简介PPT
阴极:铼钨针 串接镇流电阻r与R 阳极:紫铜板 边缘倒圆 放电区气流风道:与振荡模体积和风机能力有关
喉道的设计 阴阳极间距离
提高工作气压的好处: 1 输出功率随气压增大而增大 2 不纯气体比相应减小,有利于长时间运行 3 气压增加,碰撞引起谱线加宽,减小纵模平移的影响 4 气体质量流量随气压增大而增大,有利于风机的正常工作, 同时气体温度不易上升
3)输出能量与激励能量的关系 呈线性关系,注入能量过大会出现弧光放电等不稳定现象
4)输出能量,脉冲功率与气压的关系 输出能量随气压增高而增高 脉冲宽度随气压增高而减小
5)光束质量 由于存在各种不均匀性,光束质量不如CO2普通激光器好
4.6 高功率CO2激光器的结构设计 1 谐振腔的设计
光桥 镜子支承座 光桥托 2 放电系统的结构设计 2.1 横流电激励: 1)针-板式放电结构
R=2 ~3L 放电管直径D: 针对基横模运行,D=3ω凹
多模输出,D≥4ω凹
1
1
凹=
2
LR R
2
L
4
2) 确定谐振腔的参数
总损耗 α=α m+αmn
由经验表达式算出G0和Is G0 1.4102 / D Is 72 / D2
再由 Topt 2G0l 计 算最佳耦合时输出镜的透过率
4.4 高功率CO2激光器 1 高功率CO2激光器特点
4 输出谱线 转动能级的竞争效应
4.3 普通CO2激光器的结构与设计 1 结构
电极 放电管 储气管 回气管 冷却水管 谐振腔镜
2 小型CO2激光器的设计 针对小型封离型CO2激光器
1)确定谐振腔的主要尺寸 放电管长度: l=PW/W0 总长度 L=l+2△l △l 为总长的5-15% 一般采用大曲率平凹腔,凹面镜的曲率半径为

二氧化碳激光原理

二氧化碳激光原理

二氧化碳激光原理激光是一种特殊的光,它具有单色性、相干性和高亮度等特点,因此在许多领域都有着重要的应用价值。

而二氧化碳激光是激光技术中的一种重要类型,它具有较高的功率和较长的波长,因此在工业、医疗和科研等领域都有着广泛的应用。

在本文中,我们将对二氧化碳激光的原理进行介绍,以便更好地理解和应用这一技术。

1. 二氧化碳激光的基本结构。

二氧化碳激光器的基本结构包括激发源、谐振腔和输出镜等部分。

激发源通常采用放电方式,通过电流激发二氧化碳气体产生激光。

谐振腔由两个反射镜构成,其中一个是部分透明的,用于输出激光。

输出镜则用于调节激光的输出功率和模式。

2. 二氧化碳激光的工作原理。

二氧化碳分子在激发态和基态之间的能级差为10.6微米,对应的波长就是二氧化碳激光的波长。

在二氧化碳激光器中,通过电流激发气体,使其处于激发态,当分子自发跃迁到基态时,就会释放出光子,形成激光。

这些光子在谐振腔内来回反射,最终通过输出镜输出,形成我们所需要的激光束。

3. 二氧化碳激光的特点。

二氧化碳激光具有较高的功率和较长的波长,因此在许多领域具有独特的优势。

首先,它可以被很多材料吸收,因此在激光切割、焊接等加工领域有着广泛的应用。

其次,由于其波长较长,可以穿透一定厚度的透明材料,因此在医疗领域具有重要的应用,比如激光手术和激光治疗等。

此外,二氧化碳激光还可以用于科研实验和激光雷达等领域。

4. 二氧化碳激光的发展趋势。

随着激光技术的不断发展,二氧化碳激光也在不断地得到改进和应用。

例如,随着激光技术的进步,二氧化碳激光的输出功率和稳定性都得到了提高,使其在工业加工领域有着更广泛的应用。

同时,二氧化碳激光在医疗领域的应用也在不断扩大,比如在皮肤美容和眼科手术等方面都取得了重要的进展。

总之,二氧化碳激光作为一种重要的激光技术,具有着广泛的应用前景。

通过对其原理和特点的理解,我们可以更好地应用和发展这一技术,为各个领域的发展做出更大的贡献。

CO2激光器基本原理

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。

二氧化碳激光器的原理

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。

二氧化碳激光器原理及光学镜片的损伤ppt课件

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3
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。
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4
能级
1、粒子数反转(激光产生的基本条件)
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。
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6
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。
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7
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。
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:

CO2激光器原理与应用

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。

二氧化碳激光器发光原理

二氧化碳激光器发光原理

二氧化碳激光器发光原理
激光技术作为一种重要的现代光学技术,在众多领域中得到了广泛应用。

而二氧化碳激光器作为其中一种常见的激光器,其发光原理是怎样的呢?
二氧化碳激光器是一种基于分子能级跃迁的激光器。

它的工作物质是由二氧化碳(CO2)分子构成的活性气体混合物,在激发态和基态之间发生能级跃迁,从而产生激光辐射。

具体来说,二氧化碳激光器的发光原理包括三个关键步骤:能级激发、跃迁放出和光放大。

能级激发是二氧化碳激光器发光的基础。

当二氧化碳气体被高频电流或电子束激发时,分子中的电子会跃迁至高能级态,形成激发态分子。

这种能级跃迁是通过碰撞和吸收外界能量实现的。

跃迁放出是指激发态分子经过一段时间后,由高能级态向低能级态跃迁并释放出能量。

在二氧化碳激光器中,这种跃迁放出主要是通过非辐射跃迁实现的,即分子与周围气体碰撞而损失能量。

光放大是二氧化碳激光器发光的关键环节。

在激发态分子跃迁到低能级态时,会产生与波长相对应的激光辐射。

这个过程是通过分子中的振动和转动能量转移来实现的。

激光辐射会在二氧化碳激光器的工作介质中得到放大,然后通过光学谐振腔中的反射,不断增强
激光的能量,最终形成高强度、单色性好的激光束。

总结起来,二氧化碳激光器的发光原理是通过能级激发、跃迁放出和光放大三个步骤实现的。

这个过程利用了二氧化碳分子的特性,通过能级跃迁来释放出激光辐射。

二氧化碳激光器以其高功率、高效率和多波长输出的特点,在材料加工、激光医学、激光雷达等领域得到了广泛应用。

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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。
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。
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)
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。
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。
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。
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。
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。
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。
激光原理与技术
主讲人:孔令浩

概述
一、 激光、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。
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。
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