二氧化碳激光器

二氧化碳激光器，可稱“隱身人"，因為它發出的激光波長為 微米，“身"處紅外區，肉眼不能覺察，它的工作方式有連續、脈沖兩種。

連續方式產生的激光功率可達20 千瓦以上。脈沖方式產生波長 微米的激光也是大的一種激光。

人們已用它來“打"出原子核中的中子。二氧化碳激光器的出現是激光發展中的重大進展，也是光和核聚變研究中的重大成果。

普通的二氧化碳激光器是一支長1 米左右的放電管。它產生的激光是看不見的，在磚上足以把磚頭燒到發出耀眼的白光。二氧化碳激光于1964年運用其波長為μm。

中文名

二氧化碳激光器

領 域

計算機

概述

因為這是一種非常有效率的激光，作為商業模型來說其轉換效率達到10%，所以二氧化碳激光用于激光切割，焊接，鉆孔和表面處理。作為商業應用激光可達45千瓦，這是的物質處理激光。

原理

二氧化碳激光是一種分子激光。主要的物質是二氧化碳分子。它可以表現多種能量狀態這要視其震動和旋轉的形態而定。基本的能量網狀見圖1。二氧化碳里的混合氣體是由于電子釋放而造成的低壓氣體（通常30-50托）形成的等離子

。如麥克斯韋-波爾茲曼分布定律所說，在等離子里，分子呈現多種興奮狀態。一些會呈現高能態（00o1）其表現為不對稱擺動狀態。當與空心墻碰撞或者自然散發，這種分子也會偶然的丟失能量。通過自然散發這種高能狀態會下降到對稱擺動形態(10o0)以及放射出可能傳播到任何方向的光子（一種波長μm的光束）。偶然的，這種光子的一種會沿著光軸的腔向下傳播也將在共鳴鏡里擺動。

二氧化碳激光器是以CO2氣體作為工作物質的氣體激光器。放電管通常是由玻璃或石英材料制成，里面充以CO2氣體和其他輔助氣體（主要是氦氣和氮氣，一般還有少量的氫或氙氣）；電極一般是鎳制空心圓筒；諧振腔的一端是鍍金的全反射鏡，另一端是用鍺或砷化鎵磨制的部分反射鏡。

當在電極上加高電壓（一般是直流的或低頻交流的），放電管中產生輝光放電，鍺鏡一端就有激光輸出，其波長為微米附近的中紅外波段；一般較好的管子。一米長左右的放電區可得到連續輸出功率40～60瓦。CO2激光器是一種比較重要的氣體激光器。這是因為它具有一些比較突出的優點：

它有比較大的功率和比較高的能量轉換效率。一般的閉管CO2激光器可有幾十瓦的連續輸出功率，這遠遠超過了其他的氣體激光器，橫向流動式的電激勵CO2激光器則可有幾十萬瓦的連續輸出。此外橫向大氣壓CO2激光器，從脈沖輸出的能量和功率上也都達到了較高水平，可與固體激光器媲美。CO2激光器的能量轉換效率可達30～40%，這也超過了一般的氣體激光器。

它是利用CO2分子的振動-轉動能級間的躍遷的，有比較豐富的譜線，在10微米附近有幾十條譜線的激光輸出。近年來發現的高氣壓CO2激光器，甚至可做到從9～10微米間連續可調諧的輸出。

第三

它的輸出波段正好是大氣窗口（即大氣對這個波長的透過率較高）。除此之外，它也具有輸出光束的光學質量高，相干性好，線寬窄，工作穩定等優點。因此它在國民經濟和上都有許多應用，如應用于加工（焊接、切割、打孔等），通訊、雷達、化學分析，激光誘發化學反應，等方面。

軍事應用

應用CO2激光相干成像雷達進行機載反坦克的制導的研究，是1977年由麻省理工學院的林肯實驗室開始的，實驗室于1981年研制成功并進行了演示試驗。早在20世紀70年代末，*研究計劃局（Defence Advanced Research Projects Agency）就決定把CO2激光相干成像雷達作為代巡航制導系統的主攻方向，現已到了技術基本成熟階段。

DARPA和美國空軍航空系統分部主持的巡航制導（CMAG，Cruise Missile Advanced Guidence）預研計劃，1977~1989年完成了研究計劃，并完成了飛行演示實驗，進一步研制了CO2激光主動成像雷達導引頭工程樣機。

CMAG技術已應用在空中發射的戰略巡航AGM-129A上，使其目標精度由原來的40m提高到3m，提高一個數量級。美國前麥·道公司為空軍研制的一種全天候CO2激光相干成像雷達，于1988年進行了樣機演示，預計裝在戰斧（Tomahawk）改型巡航上。

氣體

二氧化碳激光器內的氣體并非純二氧化碳，通常是以下幾種氣體的混合：

·

二氧化碳（CO2）：10-20%

·

·

氮氣（N2）：10-20%

·

·

氦氣（He）：其余內容

·

具體氣體的配比根據應用目的的不同而有所改變。

應用

民用

因為二氧化碳激光器能達到的功率非常高，經常用來做工業的切割機，而低功率的激光器常常用來雕刻。此外，由于水在二氧化碳激光器的發光頻率極容易揮發，因此也常常被用來做激光嫩膚 ，磨皮等激光手術。

由于大氣層對紅外線的阻擋能力很弱，因此常被用來做激光。