詳解CO2激光器結構原理

CO2激光器具有工作介質均勻、相干性好、結構簡單、操作方便、能長時間穩定地連續工作、光束質量好、效率高、造價低等優點。具體突出的優勢如下：第一，它是利用CO2分子的振動轉動能級間的躍遷，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；第二，它的輸出波段正好是大氣窗口(即大氣對這個波長的透明度較高)，因此廣泛被應用在國民經濟和國防上，如激光誘發化學反應，切割、打孔、化學、通訊、雷達分析等方面;第三，它的功率比較大，能量轉換效率比較高，從脈沖輸出的能量和功率上都達到了較高的水平。

與其它分子激光器相同，CO2激光器工作原理其受激起射進程也較凌亂。分子有三種不相同的運動，即分子里電子的運動，其運動抉擇了分子的電子能態；二是分子里的原子振動，即分子里原子盤繞其平衡位置不停地作周期性振動——并抉擇于分子的振動能態；三是分子翻滾，即分子為一全體在空間接連地旋轉，分子的這種運動抉擇了分子的翻滾能態。分子運動極端凌亂，因此能級也很凌亂。

CO2分子為線性對稱分子，兩個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動著，要繞其平衡位置不停地振動。依據分子振動理論，CO2有三種不相同的振動辦法：①二個氧原子沿分子軸，向相反方向振動，即兩個氧在振動中一起抵達振動的最大值和平衡值，而此刻分子中的碳原子靜止不動，因此其振動被叫做對稱振動。②兩個氧原子在垂直于分子軸的方向振動，且振動方向相同，而碳原子則向相反的方向垂直于分子軸振動。因為三個原子的振動是同步的，又稱為變形振動。③三個原子沿對稱軸振動，其間碳原子的振動方向與兩個氧原子相反，又叫反對稱振動能。在這三種不相同的振動辦法中，判定了有不相同組別的能級。

CO2激光的激起進程：CO2 激光器的工作物質是CO2、He、N2、Xe的混合氣體，激光由CO2分子發射，其它氣體協助改善激光器的工作條件，提高激光器輸出功率水平和使用壽命，輸出波長：λ=10.6μm，CO2激光器是輸出功率最高的氣體激光器，有連續輸出50kW；脈沖輸出10^12W的激光器。