co2激光器的工作原理

CO2激光器的工作原理

与其它分子激光器相同，CO2激光器工作原理其受激起射进程也较凌乱。分子有三种不相同的运动，即分子里电子的运动，其运动抉择了分子的电子能态；二是分子里的原子振动，即分子里原子盘绕其平衡位置不停地作周期性振动——并抉择于分子的振动能态；三是分子翻滚，即分子为一全体在空间接连地旋转，分子的这种运动抉择了分子的翻滚能态。分子运动极端凌乱，因此能级也很凌乱。

CO2分子为线性对称分子，两个氧原子分别在碳原子的两头，所表明的是原子的平衡位置。分子里的各原子一向运动着，要绕其平衡位置不停地振动。依据分子振动理论，CO2有三种不相同的振动办法：

①二个氧原子沿分子轴，向相反方向振动，即两个氧在振动中一起抵达振动的值和平衡值，而此刻分子中的碳原子静止不动，因此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。因为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，其间碳原子的振动方向与两个氧原子相反，又叫反对称振动能。在这三种不相同的振动办法中，判定了有不相同组别的能级。

CO2激光的激起进程：CO2激光器的工作物质是CO2、He、N2、Xe的混合气体，激光由CO2分子发射，其它气体协助改善激光器的工作条件，提高激光器输出功率水平和使用寿命，输出波长：λ=10.6μm，CO2激光器是输出功率的气体激光器，有连续输出50kW；脉冲输出10^12W的激光器。

CO2激光器中，主要的工作物质由CO?，氮气，氦气三种气体组成。其中CO?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。

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CO?分子发生碰撞，N2分子把自己的能量传递给CO2分子，CO?分子从低能级跃迁到高能级上形成粒子数反转发出激光。

二氧化碳激光是一种分子激光。主要的物质是二氧化碳分子。它可以表现多种能量状态这要视其震动和旋转的形态而定。基本的能量网状见图1。二氧化碳里的混合气体是由于电子释放而造成的低压气体（通常30-50托）形成的等离子（电浆）。如麦克斯韦-波尔兹曼分布定律所说，在等离子里，分子呈现多种兴奋状态。一些会呈现高能态（00o1）其表现为不对称摆动状态。当与空心墙碰撞或者自然散发，这种分子也会偶然的丢失能量。通过自然散发这种高能状态会下降到对称摆动形态（10o0）以及放射出可能传播到任何方向的光子（一种波长10.6μm的光束）。偶然的，这种光子的一种会沿着光轴的腔向下传播也将在共鸣镜里摆动。

大体上，二氧化碳激光的工作物质是由二氧化碳、氦、氮气所组成的混合物。氮气作为缓冲气体以及它的分子共鸣地传递刺激能量给二氧化碳分子。因为张弛水平（01110）是瓶颈，氦的作用是作为热壑来传递能量给水平（01110）给氦原子。

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