CO2 激光器基本原理

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1、CO2 激光器基本原理、机构介绍激光配件加入时间：2006-7-11 13:36:55 网络点击：423C02激光器效率高，不造成工作介质损害，发射出10.6“m波长的不可见激光，是一种 比较理想的激光器。按气体的工作形式可分封闭式及循环式，按激励方式分电激励，化学激 励，热激励，光激励与核激励等。在医疗中使用的CO2激光器几乎百分之百是电激励。CO2 激光器的工作原理：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

2、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，因而能级也很复杂。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：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。 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。三个

3、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。CO2激光的激发过程：CO2激光器中，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。加入其中的氦，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。氮气加入主要在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。CO2 分子激光跃迁能级图CO2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

4、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。结构：激光管：是激光机中最关键的部件。常用硬质玻璃制成，一般采用层套筒式结 构。最里面一层是放电管，第2层为水冷套管，最外一层为储气管。二氧化碳激光器放电管 直径比 He-Ne 激光管粗。放电管的粗细一般来说对输出功率没有影响，主要考虑到光斑大 小所引起的衍射效应，应根据管长而定。管长的粗一点，管短的细一点。放电管长度与输出 功率成正比。在一定的长度范围内，每米放电管长度输出的功率随总长度而增加。加水冷套

5、 的目的是冷却工作气体，使输出功率稳定。放电管在两端都与储气管连接，即储气管的一端 有一小孔与放电管相通，另一端经过螺旋形回气管与放电管相通，这样就可使气体在放电管 中与储气管中循环流动，放电管中的气体随时交换。CO2 激光器结构图光学谐振腔：C02激光器的谐振腔常用平凹腔，反射镜用K8光学玻璃或光学石英，经 加工成大曲率半径的凹面镜，镜面上镀有高反射率的金属膜镀金膜，在波长10.6p m处 的反射率达 98.8，且化学性质稳定。二氧化碳发出的光为红外光。所以反射镜需要应用透 红外光的材料，因为普通光学玻璃对红外光不透。就要求在全反射镜的中心开一小孔。再密 封上一块能透过10.6m m激光的红外材料，以封闭气体。这就使谐振腔内激光的一部分从这 一小孔输出腔外，形成一束激光。电源及泵浦：封闭式CO2激光器的放电电流较小，采用冷电极，阴极用钼片或镍片做 成圆筒状。3040mA的工作电流，阴极圆筒的面积500cm2，不致镜片污染，在阴极与镜 片之间加一光栏。泵浦采用连续直流电源激发。激励CO2激光器直流电源原理，直流电压为把市内的交 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。