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CO2激光器原理及优缺点

时间:2020-10-12 来源:本站 访问量:1013

二氧化碳激光于1964年首次运用其波长为10.6μm。因为这是一种非常有效率的激光,作为商业模型来说其转换效率达到10%,所以二氧化碳激光广泛用于激光切割,焊接,钻孔和表面处理。作为商业应用激光可达数千瓦,这是目前最强的物质处理激光。

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最大值和平衡值,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激光器的优点

1、它有比较大的功率和比较高的能量转换效率。

一般的闭管二氧化碳激光器可有几十瓦的连续输出功率,这远远超过了其他的气体激光器,横向流动式的电激励二氧化碳激光器则可有几十万瓦的连续输出。此外横向大气压二氧化碳激光器,从脉冲输出的能量和功率上也都达到了较高水平,可与固体激光器媲美。二氧化碳激光器的能量转换效率可达30~40%,这也超过了一般的气体激光器。

2、利用CO2分子的振动-转动能级间的跃迁的,有比较丰富的谱线,在10微米附近有几十条谱线的激光输出。近年来发现的高气压二氧化碳激光器,甚至可做到从9~10微米间连续可调谐的输出。

3、它的输出波段正好是大气窗口,即大气对这个波长的透过率较高。并具有输出光束的光学质量高,相干性好,线宽窄,工作稳定。

4、具有较好的方向性、单色性和较好的频率稳定性。而气体的密度小,不易得到高的激起粒子浓度,因而,CO2气体激光器输出的能量密度通常比固体激光器小。

CO2激光器的缺点

CO2激光器的变换功率是很高的,但最高也不会超越 40%,这就是说,将有 60%以上的能量变换为气体的热能,使温度增加。而气体温度的增加,将致使激光上能级的消激起和激光下能级的热激起,这都会使粒子的反转数削减。并且,气体温度的增加,将使谱线展宽,致使增益系数降低。特别是,气体温度的增加,还将致使 CO2 分子的分解,降低放电管内的 CO2 分子浓度。这些要素都会使激光器的输出功率降低,乃至发生“温度猝灭”。


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