二氧化碳激光器简介PPT课件27页PPT说课材料.ppt

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1、4.1C02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N2COHeXeH2H2O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）+e2）串级激发：CO2（0000）+e′CO2（000v

2、3）+eCO2（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。。。）+△ECO*（v＝1）+CO2（0000）CO(v＝0)+CO2*（0001）+△E4）复合激发CO＋OCO2（0001）+△E2.2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）+eCO2（0110）+

3、e′CO2（1000）+e2）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）－△E4）费米共振激发CO2（0200）CO2（1000）－△E3二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）

4、2CO2(0110)+52cm-1CO2（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-1CO2（0110）+MCO2(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01

5、10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2He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

6、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He4.2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：10－16～10－15Vcm2E/N小，电子转换效率高，但放电管难以着火E/N大，能量大多转换给电子的激发态，电子转换效率低2增益1）放电电流的影响：存在最佳值2）管壁温度的影响：封离型增益随管

7、壁温度上升而下降流动型增益与管壁温度无关3）气压存在最佳气压值4）管径的影响封离型增益随管径D增大略有下降流动型增益随D增大很快减小5）增益的径向分布按零阶贝赛尔函数分布3输出功率影响输出功率的因素：a）注入功率的影响是量子效率是管内允许气体温度增加的最大值b）放电管尺寸的影响放电管长度：PW=KL功率随放电管长度增加而增加放电管径：谱线为非均匀增宽时，总输出功率与放电管直径无关谱线为均匀增宽时，总输出功率随管径增大而增大C）放电参数的影响存在最佳放电电流总气压也存在最佳值D）气体温度的影响PW=AT-

8、3/2温度影响的原因：1.温度升高使下能级粒子数增多，上能级消激发增大，反转粒子数减少，输出功率下降2.随气压的增高，线宽加大，输出功率下降3.温度升高增加了CO2分子的分解，输出功率下降降低温度采用冷却措施：扩散冷却对流冷却4输出谱线转动能级的竞争效应4.3普通CO2激光器的结构与设计1结构电极放电管储气管回气管冷却水管谐振腔镜2小型CO2激光器的设计针对小型封离型CO2激光器1）确定谐振腔的主要尺寸放电管长度：l＝PW/W0总长度L=l