二氧化碳激光介紹與CO2激光器運(yùn)作原理及分類淺析

　　二氧化碳激光于1964年首次運(yùn)用其波長為10.6μm。因?yàn)檫@是一種非常有效率的激光，作為商業(yè)模型來說其轉(zhuǎn)換效率達(dá)到10%，所以二氧化碳激光廣泛用于激光切割，焊接，鉆孔和表面處理。作為商業(yè)應(yīng)用激光可達(dá)45千瓦，這是目前最強(qiáng)的物質(zhì)處理激光。

　　1、運(yùn)作原理

　　二氧化碳激光是一種分子激光。主要的物質(zhì)是二氧化碳分子。它可以表現(xiàn)多種能量狀態(tài)這要視其震動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的形態(tài)而定?；镜哪芰烤W(wǎng)狀見圖1。二氧化碳里的混合氣體是由于電子釋放而造成的低壓氣體（通常30-50托）形成的等離子（電漿）。如麥克斯韋-波爾茲曼分布定律所說，在等離子里，分子呈現(xiàn)多種興奮狀態(tài)。一些會(huì)呈現(xiàn)高能態(tài)（00o1）其表現(xiàn)為不對稱擺動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)與空心墻碰撞或者自然散發(fā)，這種分子也會(huì)偶然的丟失能量。通過自然散發(fā)這種高能狀態(tài)會(huì)下降到對稱擺動(dòng)形態(tài)（10o0）以及放射出可能傳播到任何方向的光子（一種波長10.6μm的光束）。偶然的，這種光子的一種會(huì)沿著光軸的腔向下傳播也將在共鳴鏡里擺動(dòng)。

　　圖1簡單的二氧化碳分子能量水平圖

　　大體上，二氧化碳激光的工作物質(zhì)是由二氧化碳、氦、氮?dú)馑M成的混合物。氮?dú)庾鳛榫彌_氣體以及它的分子共鳴地傳遞刺激能量給二氧化碳分子。因?yàn)閺埑谒剑?1110）是瓶頸，氦的作用是作為熱壑來傳遞能量給水平（01110）給氦原子。

　　2、二氧化碳激光的種類

　　廢熱被拒的方式對激光系統(tǒng)設(shè)計(jì)有很大的影響。原則上，有兩種可能的方式。第一種方式是基于自動(dòng)處理自然擴(kuò)散熱氣到管墻，運(yùn)作原理就是密封和慢軸流激光。第二種是基于氣體強(qiáng)迫對流，其運(yùn)作原理就是快軸流激光。大體上，主要有五種二氧化碳激光：

　　密封式或無流式

　　慢軸流

　　快軸流

　　快速橫向流

　　橫向激勵(lì)大氣（TEA）