CO2激光器原理及優缺點

二氧化碳激光于1964年首次運用其波長為10.6μm。因為這是一種非常有效率的激光，作為商業模型來說其轉換效率達到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。作為商業應用激光可達數千瓦，這是目前最強的物質處理激光。

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激光器的優點

1、它有比較大的功率和比較高的能量轉換效率。

一般的閉管二氧化碳激光器可有幾十瓦的連續輸出功率，這遠遠超過了其他的氣體激光器，橫向流動式的電激勵二氧化碳激光器則可有幾十萬瓦的連續輸出。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換效率可達30～40%，這也超過了一般的氣體激光器。

2、利用CO2分子的振動-轉動能級間的躍遷的，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。近年來發現的高氣壓二氧化碳激光器，甚至可做到從9～10微米間連續可調諧的輸出。

3、它的輸出波段正好是大氣窗口，即大氣對這個波長的透過率較高。并具有輸出光束的光學質量高，相干性好，線寬窄，工作穩定。

4、具有較好的方向性、單色性和較好的頻率穩定性。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

CO2激光器的變換功率是很高的，但最高也不會超越 40％，這就是說，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，將致使激光上能級的消激起和激光下能級的熱激起，這都會使粒子的反轉數削減。并且，氣體溫度的增加，將使譜線展寬，致使增益系數降低。特別是，氣體溫度的增加，還將致使 CO2 分子的分解，降低放電管內的 CO2 分子濃度。這些要素都會使激光器的輸出功率降低，乃至發生“溫度猝滅”。