co2激光器原理图（CO2激光器原理）

CO2激光器原理CO2激光器具有相对较高的光电效率，对工作介质不造成损伤，发射波长为10.6 m的不可见激光，是一种理想的激光器。按气体的工作形式可分为封闭式和循环式，按激发方式可分为电激发、化学激发、热激发、光激发和核激发。几乎100%用于医疗的CO2激光器都是电激发的。CO2激光器的工作原理：与其他分子激光器一样，CO2激光器的工作原理及其受激发射过程比较复杂。分子有三种不同的运动，即分子中电子的运动，决定了分子的电子能量状态；二是分子中的原子振动，即分子中的原子围绕其平衡位置周期性地振动——，由分子的振动能态决定；三个分子旋转，即分子整体在空间连续旋转，分子的这种运动决定了分子的转动能态。分子的运动极其复杂，能级也是如此。CO2是一种线性对称的分子，在碳原子的两侧有两个氧原子，这表明了原子的平衡位置。分子中的每个原子总是在运动，围绕其平衡位置振动。根据分子振动理论，CO2振动有三种不同的模式：两个氧原子沿分子轴作相反方向的振动，即两个氧原子同时达到振动的最大值和平衡值，而此时分子中的碳原子是静止的，因此其振动称为对称振动。两个氧原子在垂直于分子轴的方向上同向振动，碳原子在垂直于分子轴的方向上反方向振动。因为三个原子的振动是同步的，所以也叫形变振动。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的振动方向相反，也称为反对称振动能。在这三种不同的振动模式中，确定了不同的能级组。CO2激光器的激发过程：在CO2激光器中，主要工作物质由CO2、氮气和氦气组成。CO2是产生激光辐射的气体，氮气和氦气是辅助气体。氦的加入可以加速010能级的热弛豫过程，因此有利于激光100和020能级的抽空。氮的加入在CO2激光器中主要起到能量转移的作用，对能级粒子的积累和高功率高效率的激光输出起到强大的作用。CO2激光器跃迁的能级图CO2激光器的激发条件：在放电管中，通常输入几十或几百毫安的DC电流。放电时，放电管内气体混合物中的氮分子受到电子的冲击而被激发。此时，被激发的氮分子与CO2分子碰撞，N2分子将其能量转移给CO2分子，CO2分子从低能级跃迁到高能级，形成粒子数反转，发出激光。结构：激光管：激光机最关键的部分。通常由硬质玻璃制成，一般采用层套结构。最里层是放电管，第二层是水冷套管，最外层是储气管。二氧化碳激光放电管的直径比氦氖激光管的直径粗。一般来说，放电管的厚度对输出功率没有影响，主要考虑光斑大小引起的衍射效应，这要根据管长来确定。管子更长更粗，管子更短更细。放电管的长度与输出功率成正比。在一定长度范围内，每米放电管长度的输出功率随着总长度的增加而增加。水冷套的作用是冷却工作气体，稳定输出功率。放电管的两端与储气管相连，即储气管的一端通过小孔与放电管相连，另一端通过螺旋回气管与放电管相连，这样气体可以在放电管和储气管内循环，并且可以随时更换放电管内的气体。CO2激光器的光学谐振腔：共振腔

需要在全反射器的中心开一个小孔。然后封上一块能透射10.6m激光的红外材料，把气体封起来。这使得谐振腔中的一部分激光通过这个小孔输出到腔外，形成激光束。电源泵：封闭式CO2激光器放电电流小，采用冷电极，阴极由钼或镍片制成，呈圆柱形。工作电流30 ~ 40 mA，阴极筒面积500cm2，不会污染镜头。在阴极和透镜之间增加一个光阑。该泵由连续的DC电源激励。激发CO2激光的DC电源原理，DC电压是城市中的交流电压，通过变压器升压，高压整流和高压滤波得到的高压电加到激光管上。