常用气体激光器讲解.ppt

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1、二氧化碳激光器属分子气体激光器一、工作原理CO2分子有三种不同的运动形式：1.对称振动(b)2.形变振动(c)3.非对称振动(d)1、CO2分子运动方向相反1.CO2气体是工作物质，辅助气体有N2、He、Xe和H2等；2.N2在气体中起能量转移作用。N2分子受电子碰撞的概率很大，放电中使大量N2处于亚稳态。通过近共振碰撞把内能转移给CO2分子，实现粒子数反分布；3.He对CO2分子有冷却作用，也可加速下能级粒子数抽空；4.Xe的电离电位低，激光器内的气体易电离，使CO2分子能量转换效率提高10％～15％。同时在维持放电电流相同的情况下，加入Xe后可使放电电压下降20％～30

2、％。5.H2或(H2O蒸汽)可促使低能粒子抽空，H2O蒸汽有利于CO2分子的还原，可延长寿命。2、工作物质N2分子受到电子碰撞后被激发并和CO2分子发生碰撞，N2分子把获得的能量传递给CO2分子，使大量的CO2分子被激发到001能级时，能级001和能级100之间形成粒子数的反分布。3、CO2分子激发机理He原子质量小，运动速度快，频繁地碰撞CO2分子，高效地抽运010能级上的CO2分子，大大提高了粒子数反转程度。100能级和020能级的分子迅速跃迁到亚稳态010能级上。因此必须把跃迁到010能级上的CO2分子立即抽空，否则不利于粒子数的反转。二、基本结构纵向电激励水冷内腔式

3、封离型CO2激光器的典型结构所谓封离型是指工作气体被密封在放电管内(由放电管、水冷管和储气管三层结构组成)。它的优点是结构简单、紧凑。但它的单位放电长度可输出的功率比其他结构的（如流动型和气动型）CO2激光器要低。折叠式CO2激光器（水冷套未画出）横向循环流动CO2激光器纵向流动CO2激光器三、输出特性1、能量转换效率高：20～25%(氦氖激光器的能量转换效率仅为千分之几)；2、常用的CO2激光器输出波长为10.6，属于中红外区，对人眼损害小；3、连续输出功率可达万瓦级，常用电激励；4、温度效应转换效率最高也不会超过40％，这就是说有60％以上的能量转换为气体的热能，气体温

4、度的升高，将引起CO2分子的分解，降低放电管内的CO2分子浓度。使激光器的输出功率下降，因此，冷却问题是CO2激光器正常运转的重要技术问题。原子或分子因某种原因失去电子或获得电子的过程称为电离。若原子失去电子，称为正离子，反之则称为负离子。利用离子的能级跃迁所获得的激光器件称为离子激光器。氖、氩、氪、氙、镉蒸气、硒蒸气等均能作离子激光器的工作物质。它们的激光输出功率比原子气体激光器要高，达几十瓦，可连续或脉冲输出。氩离子激光器一、工作原理激发过程一般分两步：气体放电后，放电管中的高速电子与中性氩离子碰撞，从氩离子中打出一个电子，使之电离，形成处在基态上的氩离子；该基态Ar+

5、再与高速电子碰撞，被激发到高能态，当激光上下能级间产生粒子数反转时，即可产生氩离子激光。因此，氩离子激光器的激活粒子是Ar+。采取两次电子碰撞将氩原子激发到3p44P态要比直接碰撞、一次将氩原子激发到3p44P态的电子能量要小，后者只能在低气压放电中才有如此大的能量（35.5eV）。由于3p44P和3p44S能级上有许多不同的电子态，所以氩离子激光输出由丰富的谱线。最强的谱线波长是488.0nm、514.5nm。二、基本结构氩离子激光器包括：放电管、电极、回气管、谐振腔、轴向磁场等。氩离子激光器分段石墨放电管国产的氩离子激光管三、输出特点1、是一种惰性气体离子激光器，在离子

6、激光器中输出效率最高；2、其输出波长较多，主要有514.5nm和488.0nm两个蓝绿色的谱线，是可见光区域中最强的激光器。；3、一般连续输出几瓦到十几瓦，甚至上百瓦。4、输出波长易被血红蛋白吸收，所以氩离子激光器对生物止血效果最好。在临床上主要用于外科手术，用它作“光刀”，尤其是上、下消化道出血时，氩离子激光器可以利用光纤导人内镜进行止血等非手术治疗。目前它广泛用于眼科凝固、皮肤科、内科等综合治疗领域。表氩离子激光的可见光光谱线激光跃迁能级波长(nm)或率（W）4P2S01/2——4S2P1/2457.90.354P2D03/2——4S2P3/2472.70.304P2P

7、03/2——4S2P1/2476.50.754P2D05/2——4S2P3/2488.01.504P2D03/2——4S2P1/2496.50.704P4D05/2——4S2P3/2514.52.004P4D03/2——4S2P3/2528.70.34准分子激光器一、工作物质“准分子”：不是稳定分子。它是混合气体受到外来能量激发所引起的一系列物理和化学的反应中曾经形成但转瞬即逝的分子，其寿命仅为几十毫秒。这类激光器的工作物质是受激的气体原子(如Ar、Kr、Xe，用Rg表示)和卤元素(例如F、Cl，用X表示)结合而成