二氧(yang)(yang)化碳(tan)激(ji)光(guang)于(yu)1964年运(yun)用其波(bo)长为(wei)10.6μm。因为(wei)这(zhei)(zhei)是(shi)一种非常有效率的激(ji)光(guang),作为(wei)商业(ye)模型来说其转换效率达(da)到(dao)10%,所以二氧(yang)(yang)化碳(tan)激(ji)光(guang)广(guang)泛(fan)用于(yu)激(ji)光(guang)切割(ge),焊接,钻孔和表面(mian)处(chu)理。作为(wei)商业(ye)应用激(ji)光(guang)可达(da)数千瓦,这(zhei)(zhei)是(shi)目前(qian)强的物质处(chu)理激(ji)光(guang)。
与其它分(fen)(fen)子(zi)(zi)激光(guang)器(qi)相同,CO2激光(guang)器(qi)工作(zuo)原(yuan)理其受激起(qi)射(she)进程也(ye)较凌乱。分(fen)(fen)子(zi)(zi)有三(san)(san)种不相同的(de)(de)运动(dong)(dong),即(ji)分(fen)(fen)子(zi)(zi)里(li)电子(zi)(zi)的(de)(de)运动(dong)(dong),其运动(dong)(dong)抉择了分(fen)(fen)子(zi)(zi)的(de)(de)电子(zi)(zi)能(neng)态;二是分(fen)(fen)子(zi)(zi)里(li)的(de)(de)原(yuan)子(zi)(zi)振动(dong)(dong),即(ji)分(fen)(fen)子(zi)(zi)里(li)原(yuan)子(zi)(zi)盘绕其平衡位(wei)置不停地(di)作(zuo)周期性振动(dong)(dong)——并抉择于(yu)分(fen)(fen)子(zi)(zi)的(de)(de)振动(dong)(dong)能(neng)态;三(san)(san)是分(fen)(fen)子(zi)(zi)翻(fan)滚,即(ji)分(fen)(fen)子(zi)(zi)为全(quan)体(ti)在空间(jian)接连地(di)旋转,分(fen)(fen)子(zi)(zi)的(de)(de)这种运动(dong)(dong)抉择了分(fen)(fen)子(zi)(zi)的(de)(de)翻(fan)滚能(neng)态。分(fen)(fen)子(zi)(zi)运动(dong)(dong)凌乱,因此(ci)能(neng)级也(ye)很凌乱。
CO2分(fen)(fen)子为(wei)线性对称分(fen)(fen)子,两个氧(yang)原(yuan)子分(fen)(fen)别在碳(tan)原(yuan)子的(de)(de)两头,所表(biao)明(ming)的(de)(de)是原(yuan)子的(de)(de)平(ping)衡位(wei)置(zhi)。分(fen)(fen)子里(li)的(de)(de)各原(yuan)子一向运动着(zhe),要绕其平(ping)衡位(wei)置(zhi)不停(ting)地振(zhen)动。依据分(fen)(fen)子振(zhen)动理论,CO2有三种不相同的(de)(de)振(zhen)动办法(fa):
①二个(ge)氧原子沿分子轴(zhou),向(xiang)相反(fan)方向(xiang)振(zhen)(zhen)动(dong),即两个(ge)氧在振(zhen)(zhen)动(dong)中一起抵达振(zhen)(zhen)动(dong)的max值(zhi)和平衡(heng)值(zhi),而(er)此刻分子中的碳原子静(jing)止不(bu)动(dong),因此其(qi)振(zhen)(zhen)动(dong)被叫做对称振(zhen)(zhen)动(dong)。
②两个氧原子在垂(chui)直(zhi)于分(fen)子轴(zhou)的(de)方向(xiang)振动(dong),且振动(dong)方向(xiang)相(xiang)同,而碳(tan)原子则向(xiang)相(xiang)反的(de)方向(xiang)垂(chui)直(zhi)于分(fen)子轴(zhou)振动(dong)。因为三个原子的(de)振动(dong)是同步的(de),又(you)称为变形振动(dong)。
③三个原子沿对称轴振动,其间碳原子的振动方向与两个氧原子相反,又叫反对称振动能。在这三种不相同的振动办法中,判定了有不相同组别的能级。
CO2激光器的优点
1、它有比较(jiao)大的功率和比较(jiao)高的能量转换效率。
一般的(de)(de)闭管二(er)氧化(hua)碳(tan)激(ji)(ji)光器(qi)可有几十(shi)瓦(wa)的(de)(de)连续输出功率(lv),这远远超过(guo)了(le)其他(ta)的(de)(de)气体(ti)(ti)激(ji)(ji)光器(qi),横向流动式的(de)(de)电(dian)激(ji)(ji)励二(er)氧化(hua)碳(tan)激(ji)(ji)光器(qi)则可有几十(shi)万瓦(wa)的(de)(de)连续输出。此外横向大(da)气压二(er)氧化(hua)碳(tan)激(ji)(ji)光器(qi),从脉冲(chong)输出的(de)(de)能量(liang)和功率(lv)上也(ye)都达到了(le)较高水平,可与固(gu)体(ti)(ti)激(ji)(ji)光器(qi)媲美(mei)。二(er)氧化(hua)碳(tan)激(ji)(ji)光器(qi)的(de)(de)能量(liang)转换效率(lv)可达30~40%,这也(ye)超过(guo)了(le)一般的(de)(de)气体(ti)(ti)激(ji)(ji)光器(qi)。
2、利用CO2分子的振动-转动能级间(jian)的跃迁的,有比(bi)较丰富的谱线,在(zai)10微(wei)米附(fu)近有几(ji)十条谱线的激(ji)光输出。近年来发现的高气压二氧化碳激(ji)光器,甚(shen)至可做到从9~10微(wei)米间(jian)连续可调谐的输出。
3、它的输(shu)(shu)出波段正好(hao)是(shi)大(da)气窗口,即大(da)气对(dui)这个波长(zhang)的透过率较高。并具有输(shu)(shu)出光束的光学(xue)质(zhi)量高,相干性好(hao),线宽窄,工作稳定(ding)。
4、具有较好(hao)的(de)方向性、单色性和(he)较好(hao)的(de)频率(lv)稳定性。而气体(ti)的(de)密度小,不易得(de)到高的(de)激(ji)起(qi)粒子浓度,因而,CO2气体(ti)激(ji)光(guang)器输出的(de)能量(liang)密度通常比固体(ti)激(ji)光(guang)器小。
CO2激光器的缺点
CO2激(ji)(ji)光器的(de)(de)(de)(de)(de)(de)变换(huan)功率是很高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de),但高(gao)(gao)也不会超(chao)越(yue) 40%,这就是说(shuo),将有 60%以上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)(neng)量变换(huan)为气体的(de)(de)(de)(de)(de)(de)热(re)(re)能(neng)(neng)(neng),使(shi)(shi)温(wen)(wen)度(du)(du)(du)增加。而气体温(wen)(wen)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增加,将致(zhi)使(shi)(shi)激(ji)(ji)光上能(neng)(neng)(neng)级的(de)(de)(de)(de)(de)(de)消激(ji)(ji)起(qi)(qi)和激(ji)(ji)光下能(neng)(neng)(neng)级的(de)(de)(de)(de)(de)(de)热(re)(re)激(ji)(ji)起(qi)(qi),这都会使(shi)(shi)粒子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)反转数削减。并(bing)且,气体温(wen)(wen)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增加,将使(shi)(shi)谱线展宽,致(zhi)使(shi)(shi)增益系(xi)数降(jiang)低(di)。特别是,气体温(wen)(wen)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增加,还(hai)将致(zhi)使(shi)(shi) CO2 分(fen)子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)解(jie),降(jiang)低(di)放电(dian)管内(nei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de) CO2 分(fen)子(zi)浓度(du)(du)(du)。这些要素都会使(shi)(shi)激(ji)(ji)光器的(de)(de)(de)(de)(de)(de)输(shu)出功率降(jiang)低(di),乃至发生“温(wen)(wen)度(du)(du)(du)猝灭(mie)”。
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