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二氧化碳激光于1964年運(yùn)用其波長(zhǎng)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(lái)說(shuō)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)數(shù)千瓦，這是目前強(qiáng)的物質(zhì)處理激光。
與其它分子激光器相同，CO2激光器工作原理其受激起射進(jìn)程也較凌亂。分子有三種不相同的運(yùn)動(dòng)，即分子里電子的運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)抉擇了分子的電子能態(tài)；二是分子里的原子振動(dòng)，即分子里原子盤(pán)繞其平衡位置不停地作周期性振動(dòng)——并抉擇于分子的振動(dòng)能態(tài)；三是分子翻滾，即分子為全體在空間接連地旋轉(zhuǎn)，分子的這種運(yùn)動(dòng)抉擇了分子的翻滾能態(tài)。分子運(yùn)動(dòng)凌亂，因此能級(jí)也很凌亂。
CO2分子為線性對(duì)稱分子，兩個(gè)氧原子分別在碳原子的兩頭，所表明的是原子的平衡位置。分子里的各原子一向運(yùn)動(dòng)著，要繞其平衡位置不停地振動(dòng)。依據(jù)分子振動(dòng)理論，CO2有三種不相同的振動(dòng)辦法：
①二個(gè)氧原子沿分子軸，向相反方向振動(dòng)，即兩個(gè)氧在振動(dòng)中一起抵達(dá)振動(dòng)的max值和平衡值，而此刻分子中的碳原子靜止不動(dòng)，因此其振動(dòng)被叫做對(duì)稱振動(dòng)。
②兩個(gè)氧原子在垂直于分子軸的方向振動(dòng)，且振動(dòng)方向相同，而碳原子則向相反的方向垂直于分子軸振動(dòng)。因?yàn)槿齻€(gè)原子的振動(dòng)是同步的，又稱為變形振動(dòng)。
③三個(gè)原子沿對(duì)稱軸振動(dòng)，其間碳原子的振動(dòng)方向與兩個(gè)氧原子相反，又叫反對(duì)稱振動(dòng)能。在這三種不相同的振動(dòng)辦法中，判定了有不相同組別的能級(jí)。
CO2激光器的優(yōu)點(diǎn)
1、它有比較大的功率和比較高的能量轉(zhuǎn)換效率。
一般的閉管二氧化碳激光器可有幾十瓦的連續(xù)輸出功率，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了其他的氣體激光器，橫向流動(dòng)式的電激勵(lì)二氧化碳激光器則可有幾十萬(wàn)瓦的連續(xù)輸出。此外橫向大氣壓二氧化碳激光器，從脈沖輸出的能量和功率上也都達(dá)到了較高水平，可與固體激光器媲美。二氧化碳激光器的能量轉(zhuǎn)換效率可達(dá)30～40%，這也超過(guò)了一般的氣體激光器。
2、利用CO2分子的振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)間的躍遷的，有比較豐富的譜線，在10微米附近有幾十條譜線的激光輸出。近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的高氣壓二氧化碳激光器，甚至可做到從9～10微米間連續(xù)可調(diào)諧的輸出。
3、它的輸出波段正好是大氣窗口，即大氣對(duì)這個(gè)波長(zhǎng)的透過(guò)率較高。并具有輸出光束的光學(xué)質(zhì)量高，相干性好，線寬窄，工作穩(wěn)定。
4、具有較好的方向性、單色性和較好的頻率穩(wěn)定性。而氣體的密度小，不易得到高的激起粒子濃度，因而，CO2氣體激光器輸出的能量密度通常比固體激光器小。
CO2激光器的缺點(diǎn)
CO2激光器的變換功率是很高的，但高也不會(huì)超越 40％，這就是說(shuō)，將有 60％以上的能量變換為氣體的熱能，使溫度增加。而氣體溫度的增加，將致使激光上能級(jí)的消激起和激光下能級(jí)的熱激起，這都會(huì)使粒子的反轉(zhuǎn)數(shù)削減。并且，氣體溫度的增加，將使譜線展寬，致使增益系數(shù)降低。特別是，氣體溫度的增加，還將致使 CO2 分子的分解，降低放電管內(nèi)的 CO2 分子濃度。這些要素都會(huì)使激光器的輸出功率降低，乃至發(fā)生“溫度猝滅”。
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