二氧化碳激光器简介.pptVIP

二氧化碳激光器 4.1 C02激光器的工作原理 C02分子内能包括： 电子内能＋分子中原子间的振动能级＋ 分子的整体转动能级 1 二氧化碳分子振转能级结构 振动能级： 对称振动 V1 弯曲振动 V2 （角量子数 l） 反对称振动 V3 转动能级： 转动量子数 J : J=l,l+1,l+2…….. 2 二氧化碳激光器的激发机理 能级跃迁图： 上能级的激发 下能级的激发 弛豫过程 辅助气体 N2 CO He Xe H2 H2O 转动能级的竞争效应 2.1 激光上能级的激发 1）电子直接碰撞激发： CO2（0000）+e′ CO2（0001）+e 2）串级激发： CO2（0000）+e′ CO2（000v3）+e CO2（000v3）+ CO2（0000） CO2（000v3－1）+ CO2（0001） 3）共振转移激发 N2*（v＝1，2，3。。。）+ CO2（ 0000） N2(v＝0)+ CO2*（000v3＝1，2，3。。。）+△E CO*（v＝1）+ CO2（ 0000） CO(v＝0)+ CO2*（0001）+△E 4）复合激发 CO＋O CO2（0001）+△E 2.2 激光下能级的激发 1）电子碰撞激发 直接激发 CO2（0000）+e′ CO2（1000）+e 逐级激发 CO2（0000）+e′ CO2（0110）+e CO2（0110）+e′ CO2（1000）+e 2）串级激发 高能级的粒子辐射跃迁或驰豫碰撞到1000或0200能级 3）分子碰撞激发 CO2（0110）+ CO2（0110） CO2（1000）+ CO2（0000）－ △E 4）费米共振激发 CO2（0200） CO2（1000）－ △E 3 二氧化碳激光器驰豫过程 1）激光上能级的驰豫 分 体积驰豫 和 管壁驰豫，驰豫速率与气压有关，体积驰豫还与辅助气体种类及其气压有关 2）激光下能级的驰豫 第一步 1000和0200能级的分子与基态分子碰撞，二者都会驰豫到0110振动能级 CO2（1000）+ CO2（ 0000） 2CO2 (0110)+ 52cm-1 CO2（0200）+ CO2（ 0000） 2CO2 (0110)-50cm-1 其他气体与CO2分子的碰撞也能使CO2（1000）驰豫到CO2 (0110)。这个过程进行的速度很快。 第二步 驰豫到0110能级的CO2分子与基态CO2分子及其他气体分子碰撞驰豫到基态。 CO2（0110）+ CO2（ 0000） 2CO2 (0000)+ 667cm-1 CO2（0110）+ M CO2 (0000)+ M+△E 此驰豫存在瓶颈效应： 当CO2激光器中不加其他气体，只靠CO2分子之间的碰撞时，1000驰豫到0110的速率比从0110驰豫到0000的速率高得多，因此0110能级上的粒子将被堆积起来，而第一步过程是可逆的，这会使得1000和0200能级上的粒子数增加，造成反转粒子数下降。 4 辅助气体 N2： 增大CO2分子0001能级的激发速率,还能增加0110能级的驰豫速率 CO：增大CO2分子0001能级的激发速率，还能增加0110能级的驰豫速率，但太高时会使0001能级消激发 He：1 降低工作气体的温度，增加输出功率 2 He对激光下能级的驰豫作用比对激光能级的驰豫作用影响大得多，这有利于粒子数反转，即有利于提高输出功率 3 缓冲CO2向管壁扩散，减少0001态CO2分子与管壁的碰撞消激发作用 Xe：增加放电气体中的电离度，使得电子平均能量降低，从而提高激光器的效率 H2： H2O：提高器件的输出功率，并且延长器件寿命 Ar：降低管内电子温度，有利于上能级激发，但导热率不如He 4.2 普通CO2激光器的工作特性和输出特性 1 电子温度 E/N范围：10－16～ 10－15 Vcm2 E/N小，电子转换效率高，但放电