第三章二氧化碳激光器
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。
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基于CO2分子激光原理的激光器。
其
工作原理是通过在一个由带电的电极和一个具有反射镜的管道中加入合适的混合气体，产生激发CO2分子的电流放电，使
得CO2分子跃迁到较高的能级，并在这个跃迁的过程中释放
出能量。
具体来说，二氧化碳激光器的工作原理可以分为三个步骤：
1. 激发态产生：在电流放电的作用下，电子会与CO2分子碰
撞并激发CO2分子至激发态。
这些激发态分子具有较高的能量。
2. 跃迁过程：当激发态的CO2分子与其他的CO2分子碰撞时，它们会通过非辐射的碰撞跃迁到一个较低的激发态。
在跃迁过程中，CO2分子会释放出特定的光子能量。
3. 光放大：通过将一端的管道设置为输出窗口，可以将产生的光线透过窗口放大，形成激光束。
其中，管道的两端都是具有高反射能力的反射镜，它们可以将光子反射回管道中，形成来回反射的光束，最终形成激光束。
总结来说，二氧化碳激光器的工作原理是通过电流放电使
CO2分子激发，产生特定波长的光子能量，并通过反射镜的
反射将光线放大形成激光束。
它在工业、医疗和科学研究等领域有着广泛的应用。
CO2激光器详解ppt课件
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N2分子的共振能量转移： 电子碰撞激发N2的振动能级的总截面很大。这些被激发的 很大一部分分子将被=1的能级所收集。N2的=1能级与 CO2的0001能级仅相差18cm-1(≈2.510-3eV)，因此，N2与 CO2的基态分子发生碰撞时，N2将激发能量转移给CO2分子， 使之激发到0001能级；这个过程可表示为：
对CO2分子讲，在每一个振动能级上，不是所有J值的转动 能级都存在。在CO2分子中，Q支是禁戒的，只有P支和R支 是非禁戒的。P(20)指的是从上能级J=19到下能级J=20的 跃迁；R(20)指的是从上能级J=21到下能级J=20的跃迁。
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激发过程
激光跃迁可发生在00011000(≈10．6m)和 00010200(≈9．6m)两个过程中。但输出激光主要发生 在00011000过程中。 泵浦主要通过下面两个过程： 电子碰撞激发，这个过程表示为：
图10 (f) 射频激励激光器
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4.准分子光器
准分子(Excimer)是束缚在电子激发态的分子，是一种处 于激发态的复合分子，无稳定的基态。很快自动地离解成 原子或其它分子团，从它产生到消失的时间只有几十毫微 秒。
准分子分两类；一类是同核二聚物(Dimer)如 、Xe2* H等g，2* 另一类是异核型准分子 (Exciplex)，如惰性气体的氧化
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准分子激光器的特点
准分子寿命很短，只有10-8秒，激光跃迁的下能 级是排斥态或寿命非常短(只有10-13秒)的弱束缚 态，这就是说激光下能级总是空的。
与其它分子激光器属于束缚—束缚辐射跃迁的情 形不同，准分子激光器属于束缚-自由辐射跃迁。 由于不存在明确的振动—转动跃迁，所以跃迁是 宽带的。
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
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激光器分类、特点与应用
二氧化碳co2激光器分类、特点与应用【最新版】目录1.二氧化碳激光器的分类2.二氧化碳激光器的特点3.二氧化碳激光器的应用正文二氧化碳（CO2）激光器是一种常见的激光器类型，它具有独特的分类、特点和应用。
下面我们将详细讨论这三个方面。
一、二氧化碳激光器的分类二氧化碳激光器可以根据不同的分类标准进行分类。
其中，一种常见的分类方法是根据激光波长进行分类。
根据这种分类方法，二氧化碳激光器可以分为以下几类：1.波长为 10.6 微米的二氧化碳激光器：这是最常见的二氧化碳激光器类型，其波长为 10.6 微米。
2.波长为 9.6 微米的二氧化碳激光器：这种类型的二氧化碳激光器比波长为 10.6 微米的激光器具有更高的能量密度，因此可以用于切割和钻孔等高能应用。
3.波长为 12.7 微米的二氧化碳激光器：这种类型的二氧化碳激光器比波长为 10.6 微米的激光器具有更低的能量密度，因此可以用于低能应用，如激光嫩肤和磨皮等。
二、二氧化碳激光器的特点二氧化碳激光器具有以下几个主要特点：1.高转换效率：二氧化碳激光器的转换效率高达 10%，这意味着在输入电能和输出光能之间的能量损耗较小。
2.高功率：二氧化碳激光器可以产生高达 45 千瓦的输出功率，这是目前最强的物质处理激光。
3.波长为 10.6 微米：二氧化碳激光器的波长为 10.6 微米，位于红外区域，肉眼无法直接观察到。
4.混合气体：二氧化碳激光器中的混合气体是由于电子释放而造成的低压气体（通常 30-50 帕），这使得激光器具有较高的效率和稳定性。
三、二氧化碳激光器的应用二氧化碳激光器广泛应用于以下几个领域：1.金属加工：二氧化碳激光器可以用于激光切割、雕刻和焊接等金属加工应用。
2.医疗领域：二氧化碳激光器可以用于激光嫩肤、磨皮等外科手术。
3.光纤通信：二氧化碳激光器可以用于光纤通信，因为其波长为 10.6 微米，恰好位于光纤的传输窗口。
4.化学反应：二氧化碳激光器可以用于激光诱导的化学反应，如化学分析等。
二氧化碳激光器
由二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮，二氧化氯，氮气，氧气，氯气，敏气，氧气，氯气，猷气，氨气混合在一起构成发射源的二氧化碳激光器常规二氧化碳激光器是在圆柱形放电管中充入质量比值为1：0.01:0.01的二氧化碳，氮气，氯气，然后在放电管两端分别安装两个电极，再在这两个电极上面加上IlOkV的Ika 的直流电压，这样放电管中就会产生激光。
CO2激光器中，主要的工作物质由CO2,氮气，氮气三种气体组成。
其中CO2是产生激光辐射的气体、氮气及氯气为辅助性气体。
加入其中的氮，可以加速010能级热弛豫过程，因此有利于激光能级100及020的抽空。
氮气加入主要在CO?激光器中起能量传递作用，为CO?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。
CO2分子激光跃迁能级图CO?激光器的激发条件：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发出激光。
现在，我提出一种新的设想，是将质量比为1：0.01:0.01：0.01:0.01：0.01:0.01：0.01:0.01：0.01:0.01:0.01的二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮，二氧化氯，氮气,氧气，氮气，负气，氮气，氮气，包气，氨气冲入放电管，再给放电管两极同上高压最终使放电管中的二氧化碳发射出激光。
这是可以给放电管两极的金箔上面同上1亿伏特1亿安培的直流电，给圆柱型的中空水晶放电管中，冲入100KG二氧化碳，IKG二氧化硫、IKG 二氧化氮，IKG二氧化氯，IKG氮气，IKG氧气，IKG氮气，IKG负气，IKG氨气，IKG 氟气，IKG氤气，IKG氧气,在用活塞压缩发电管中的气体使里面气体的压强达到10个大气压，这时候接通开关，给放电管两极的金箔放电电极上面同上1亿伏特的高压直流电，放电管就会发射高能激光。
教程之三1-二氧化碳激光器
团结普瑞玛培训教程之三（1）上海团结普瑞玛激光设备有限公司2019年7月25日二氧化碳激光器王瑞延 徐世璞 付百泉 编写目录二氧化碳激光器 (1)第一章光学基础 (1)第二章激光 (5)第三章激光器组成 (5)第四章激光器的工作方式 (6)第五章激光束模式 (6)第六章激光器分类 (9)第七章二氧化碳激光器 (10)一快速轴流CO2激光器 (13)二横流CO2激光器 (14)三扩散冷却CO2激光器 (15)四激光谐振腔 (17)五激光束聚集 (18)第八章几种典型的激光器产品 (19)一CP4000激光器 (20)二Rofin激光器 (20)三PRC激光器 (21)第一章光学基础光波实质上是电磁波，最简单的形式就是单色线偏振在自由空间传播。
电场和磁场是按正弦规律变化的。
如图1。
图 1 电磁波单色光：只有一种颜色的光就是单色光，即单一波长，波带比较窄。
电场和磁场互相垂直，按相同的方向传播。
而非偏振光的电场和磁场相位之间是随机的，没有固定的相位关系。
光波是一种横波，它的光矢量是与传播方向垂直。
如果光波的光矢量方向始终不变，只是大小随相位改变，这样的光叫线偏振光。
如果光矢量的大小保持不变，而它的方向绕传播方向均匀的转动，其末端轨迹是个圆，这样的光叫圆偏振光。
如果光矢量的大小和方向都在有规律的变化，光矢量末端沿着一个椭圆转动，这样的光叫椭圆偏振光。
激光器发出的光通常是线偏振光或非偏振光，也可以在外部增加光学元件来产生圆偏振光。
圆偏振光在激光材料加工中非常有用，尤其是金属材料的切割。
因为S光在金属表面的反射比P光大得多，当加入一个90°的圆偏振镜，如果S光和P光的振幅相等，它们之间会产生90°的相位差或相位差等于四分之一波长，线偏振光就转变为圆偏振光。
几何光学的光线是按理想的直线传播，即折射和反射。
折射率n=c/v其中c是光在真空中的传播速度，大约3×108米/秒；v是光在介质材料中的传播速度。
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。
二氧化碳激光器原理及光学镜片的损伤ppt课件
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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。
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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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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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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：
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。
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器是一种将能量转换为高度聚焦光束的装置，而二氧化碳激光器是其中一种常用的激光器。
二氧化碳激光器利用二氧化碳气体作为激光介质，并通过激发该气体分子的能级转变来产生激光。
二氧化碳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。
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能级。
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。
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。
在二氧化碳激光器中，典型的能级跃迁路径是从振动激发态到振动基态。
二氧化碳分子的基态是一个对称振动态，而激发态则是一个非对称振动态。
能级跃迁所释放的光子的能量与振动激发态和振动基态之间的能量差相关。
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。
二氧化碳激光器具有许多应用领域，包括医疗、工业加工和科学研究等。
在医疗领域，二氧化碳激光器可用于手术切割、烧灼和去除组织。
在工业加工领域，二氧化碳激光器可用于切割、焊接和打孔等操作。
在科学研究领域，二氧化碳激光器可用于光谱分析、拉曼光谱和激光测量等实验。
二氧化碳激光器是一种利用二氧化碳气体作为激光介质的激光器。
通过能级激发、能级跃迁和光放大等过程，二氧化碳激光器可以产生高能量、高度聚焦的激光束。
它在医疗、工业加工和科学研究等领域具有广泛的应用前景。
二氧化碳激光器CO2
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CO?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，CO?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。
二氧化碳激光操作技术书籍
二氧化碳激光操作技术书籍《二氧化碳激光操作技术》是一本关于使用CO2激光器进行操作和应用的专业书籍。
下面是对该书的详细回答，超过1200字。
第一章介绍了二氧化碳激光的基本原理和特点。
二氧化碳激光是一种波长为10.6微米的红外激光，具有较高的聚焦能力、较大的穿透力和较强的切割能力。
本章主要讲解了CO2激光的发射原理、激光光束特性和激光能量参数的测量方法。
第二章介绍了二氧化碳激光器的结构和工作原理。
该章节详细讲解了CO2激光器的主要零部件和工作原理，包括放电管、电源系统、冷却系统、共振腔和输出系统等。
同时还介绍了CO2激光器的调谐和稳定技术，以及常见的工作模式。
第三章是关于CO2激光系统的操作和控制技术。
该章节包括了对二氧化碳激光器的启动、调谐、功率控制和稳定性控制等方面的详细讲解。
此外，本章还介绍了CO2激光器的保护技术和安全操作规范，包括对激光束的防护和操作人员的防护措施等。
第四章讲解了CO2激光加工技术。
本章主要从切割、打孔、焊接和表面处理等方面介绍了CO2激光的应用技术。
其中，对于不同材料的激光加工特性进行了分析和比较，以及常见的加工工艺和参数选择等方面进行了讲解。
第五章是关于CO2激光技术在工业生产中的应用。
本章详细介绍了二氧化碳激光在汽车制造、航空航天、电子制造、医疗器械和玻璃加工等领域的应用案例。
同时还探讨了CO2激光技术的发展趋势和前景，以及如何选择和购买CO2激光器等方面的内容。
第六章是关于CO2激光器的维护和故障排除。
本章提供了CO2激光器的日常维护方法和周期性检查项目，以及常见故障原因和排除方法。
此外，还介绍了CO2激光器的维修和维护技术培训等内容，以帮助读者更好地了解和运用CO2激光技术。
第七章是对CO2激光技术的展望。
本章从技术发展和市场趋势两个方面进行了分析和总结，预测了将来CO2激光技术的发展方向和应用领域。
同时，还提出了一些改进和创新的建议，以促进CO2激光技术的进一步发展和应用推广。
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思考题: 二氧化碳激光器中充入He气和N2气的作用分 别是什么？ 二氧化碳激光器的“瓶颈效应”指什么？怎 么克服？
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能量转换效率效率高; (3)波长范围：9-11 μm
其中10.6μm位于大气传输的窗口； (1) (4)人眼使用安全：400-700nm损伤
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放电激励 纵向低气压激光器 横向高气压激光器
C2 (0 O 0 0 0 ) e C2 * (O 000 3 ) e ' C2 (0 O 00 3 ) C2 (0 O 0 0 0 ) C2 * (O 000 3 1 ) C2 * (O 00 1 ) 0
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Laser Device and Technology 3. 共振转移激发
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纵向封离型 高气压型（ TEACO2 ） 流动型（轴快流、慢流）
气动型 波导型
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(1) 运转方式：连续或脉冲; (2) 输出功率或能量相当大,
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Laser Device and Technology （三） CO2激光器激光上能级的激发过程
1. 电子直接碰撞激发 C 2 (0 O 0 0 ) 0 e C 2 * (0 O 0 1 ) 0 e '
式中: CO2*(0001) --CO2分子的激发态 2. 串级跃迁激发
射频激励 化学激励 气动
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§3-1 CO2激光器的工作原理 （一） CO2分子的的能级结构 CO2分子的结构：
线性对称排列的三原子分子 三个原子排列成一条直线（分子轴） 中间是碳原子 两端是氧原子
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Laser Device and Technology （二） CO2分子的振转跃迁
CO 2分子二条最强的跃01 0200
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虽然有多条荧光谱线,但在激光器中能同时形成激 光振荡的只有1至3条,这是因为同一振动能级的各转 动能级之间靠得很近,粒子在能级间转移很快(10-7~ 10-8s),一旦某一转动能级上的粒子跃迁后,其他能级上 的粒子就会按玻尔兹曼分布规律,转移到这个能级上 来,而其他能级上的粒子数减少,这就是转动能级的竞 争效应.由于这种竞争效应,如果工作条件使得某条谱 线的增益系数较大,则此谱线首先起振,而同时抑制其 他谱线振荡.
CO分子: C*(O 1 )C2(O 000 0 )
C(O 0)C2* O (00 1 0 )
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4. 复合过程 放电过程中,有部分CO2分子会分解成CO和O,
同时也存在CO和O的复合过程,在复合时,把原来 分解时所需要的能重新释放出来,使CO2分子激发 到0001能级.这个过程比前三个过程起的作用小 得多.
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§3-2 纵向放电激励的CO2激光器
（一） 器件结构 尽管结构形式各异,但一般都是由工作气体,放电管, 谐振腔和电源所组成.
被激发到激光上能级(0001)的CO2分子,除了 受激辐射引起衰减外,还存在一些其他因素使 其衰减.我们把后者引起的衰减称为消激发.
引起消激发的主要原因:碰撞和扩散.
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Laser Device and Technology （四） CO2激光器激光下能级的弛豫
由于CO2分子激光下能级1000和0200的辐射寿命很长 ,从激光上能级跃迁到这两个能级的粒子,不能靠自发 辐射很快返回到基态,这必然会降低粒子反转数.为尽 快抽空下能级,必须靠与其他粒子碰撞.碰撞抽空下能 级的弛豫过程分为两步进行:
第一步: 1000和0200能级的驰豫
C2(O 100 0 )C2(O 000 0 ) 2 C2(O 01 0 1 )5c2 m 1 C2(O 000 2 )C2(O 000 0 ) 2 C2(O 01 0 1 )5c0 m 1
在CO2中掺有N2(氮)和CO,它们被电子碰撞激发 到各自的激发态,这些激发态的分子可把能量转移 给CO2基态,使CO2跃迁到0001能级.
N2分子: N 2 *(3 1 ,2 ,3 ) C2(O 00 0 0 )
N 2 ( 0 ) C 2 * (0 O 03 0 1 ,2 ,3 ) E
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第二步: 0110能级的驰豫
CO2(0110)CO2(0000)2CO2(0000)667cm1 CO2(0110)MCO2(0000)E
实验发现,CO2激光下能级的“抽空”主要是靠气 体分子间碰撞,而不是靠与管壁碰撞.所以放电管直径 的大小对输出的影响不大,特别是大功率激光器更是如 此.因此,CO2激光器不象He-Ne激光器那样一定要用很细 的毛细管.