第3章_二氧化碳激光器.ppt

第3章 二氧化碳激光器 CO2激光器效率高，不造成工作介质损害，发射出10.6μm波长的不可见激光，是一种比较理想的激光器。按气体的工作形式可分封闭式及循环式，按激励方式分电激励，化学激励，热激励，光激励与核激励等。在医疗中使用的CO2激光器几乎百分之百是电激励。 CO2激光器是气体分子激光器，工作物质是CO2气体，辅助气体有氮气，氦气，氙气和氢气等。由于这种激光器能量转换效率高达25%。故常做成高功率输出的激光器。CO2激光器的波长为10.6μm，是不可见的红外光，与生物组织作用时，几乎全被生物组织200μm内的表层吸收，稳定性较好，医学上应用广泛。 在CO2激光器的放电管内充有CO2、N2、He等混合气体，其配比和总气压可以在一定范围内变化(一般是：CO2：N2：He＝1:0.5:2.5总气压为1066.58Pa)。任何分子都有三种不同的运动形式：一是分子里的电子运动，决定着电子能态；二是分子里的原子振动，即原子围绕其平衡位置不停地作周期性振动，这种运动决定了分子的振动能态；三是分子的转动，决定着分子的转动能态。 CO2激光器的工作原理：与其它分子激光器一样，CO2激光器工作原理其受激发射过程也较复杂。分子有三种不同的运动，即分子里电子的运动，其运动决定了分子的电子能态；二是分子里的原子振动，即分子里原子围绕其平衡位置不停地作周期性振动——并决定于分子的振动能态；三是分子转动，即分子为一整体在空间连续地旋转，分子的这种运动决定了分子的转动能态。分子运动极其复杂，因而能级也很复杂。 CO2激关器就是利用CO2分子的振动和转动能级间的跃迁来产生激光的，激光波长为10.6μm。利用气体放电泵浦方法向CO2气体分子注入能量，使放电管中CO2分子达到反转分布状态：将直流电压的两输出端分别接到放电管的两电极上，当不加电压或电压很低时，两电极间的气体完全绝缘，内阻为无穷大，没有电流流过；随着电压的升高，气体中开始有带电粒子移动，气体的内阻开始减小，当达到某一电压值时，内阻急剧减小，电流迅速增加、气体被击穿、放电开始，这一电压值叫做着火电压；放电管中的气体被击穿放电后，电流增长、气体中载流子增加、激光放电管的内阻下降、又进一步引起电流的增加， 这一过程反复进行，放电管呈现负阻效应，为了使放电能够稳定地工作在放电管电流—电压特性曲线的某一点上，在放电管的供电电路中采取了限流措施。放电管放电时，在混合气体中，N2分子与电子碰撞、获得的电子能量而被激发，而在N2分子与CO2分子碰撞时又把它从电子获得的能量转移给CO2分子，使CO2分子被激发，有利于激光的产生；管中的He气有冷却作用，可以阻止CO2气体温度上升，同时还可以使激光下能级减少，提高激光器的效率。 　CO2激光器是光、机、电一体化结构，其中哪一方面出现异常都会影响其余方面，所以故障现象往往是错综复杂的综合故障的反应。从以下三个方面对CO2激光器的故障进行研讨。 无激光输出 　　这是CO2激光器在使用中出现频率最高的故障，应从三个方面进行故障分析和检查。首先检查高压供电电路，因该机的直流高压电源高达到24kV。利用面板上的开关旋钮、指示灯及相应的电压表对故障进行分析判断；在断电的情况下测量高压供电电路是否有断路；确认高压变压器本身是否正常；对负责调整输出电压的可控硅及其触发电路进行测量、检查；在通电情况下用量程大于30kV的高压表测量直流高压电路输出的电压数值。 根据调查统计，直流高压供电电路故障导致无激光输出的故障占该类故障总数的60%以上。其次检查光路仔细观察导光臂固定座的中心轴与CO2激光管的中心轴是否重合(应重合)；CO2激光管的固定卡环是否松脱；激光管输出侧的平凸镜位置是否正常；输出窗是否清洁。 最后检查激光管，如激光管放电正常，但无激光输出，可能是激光管两端腔片损坏或输出窗被遮盖；激光管有不正常的放电，无激光输出，可能是激光管中阳极或阴极损坏，或管中的工作气体被杂质气体所污染；激光管无放电，也无激光输出，则可能是阴极损坏或老化而不能发射电子，阴极或阳极引线封结处玻璃炸裂或激光管两端腔片粘结处漏气，空气进入激光管，从而激光管无法放电。 激光输出弱(强度大大低于正常值) 　　此类故障的原因甚至比无激光输出故障更难分析和检查，仍需从直流高供电电路、激光光路、激光管本身三个方面进行，而且在整个过程中更强调指标的定量。检查电源电压的数值是否正常；旋动激光功率微调旋钮，看毫安表的数值能否灵敏地连续变化(在激光功率选择开关处于不同位置时分别进行)；激光管的检查包括外观结构观察、光路各环节的正确位置、计算激光管的累计工作时间(激光管老化后效率下降，输出变小)。 .保护电路故障 　　一般有四种保护电路，哪一种发生故障，激光器都停止工作。 　　过流保护电路，防止激光管因电路故障引起辉光