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1、目录摘要.0 1 引言.1 2 激光.2 激光的最初的中文名叫做“镭射”或“莱塞” ，是它的英文名称 LASER 的音译， 是取自英文 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 的 各单词头一个字母组成的缩写词。意思是“通过受激发射光扩大“。激光的英文 全名已经完全表达了制造激光的主要过程。1964 年按照我国著名科学家钱学森 建议将“光受激发射”改称“激光1。.2 2.1 激光产生的三个条件.2 2.2 激光的特点.3 2.3 激光器.3 3 CO2激光器的原理.6 3.1 CO2激光器的基本结构.6 3.2 CO2 激光
2、器基本工作原理.8 3.3 CO2激光器的优缺点.10 4 CO2激光器的应用.11 4.1 军事上的应用.11 4.2 医疗上的应用.13 4.3 工业上的应用.16 5 CO2激光器的研究现状与发展前景.18 5.1 CO2激光器的研究现状.18 5.2 CO2激光器的发展前景.21摘要摘要：本文从引言出发介绍了 CO2激光技术的基本情况，简单介绍了激光和激光器的一些特点，重点介绍了气体激光器中的 CO2激光器的相关应用，目前 CO2激光器是用最广泛的激光器之一，它有着一些非常突出的高功率、高质量等优1点。论文首先介绍了应用型 CO2激光器的基本结构和工作原理，着重介绍了应用型 CO2激光
3、器在军事、医疗和工业三个主要领域的应用，最后介绍应用型 CO2激光器的研究前景和现状。通过这些介绍使得人们能够加深对 CO2激光器的了解和认识。关键词关键词: : CO2激光器； 基本原理； 基本结构； 应用；1 1 引言引言 1964 年由 Patel 在 CO2气体放电中，获得了波长在10.4 微米和 9.4 微米附近的连续激光输出，世界上第一台CO2分子的激光器诞生了。它有比较大的功率和比较高的能量转换效率。它是利用 CO2分子的振动-转动能级间的跃迁的，有比较丰富的谱线，在 10 微米附近有几十条谱线的激光输出。 其在工业、军事、医疗、科研等方面得到了广泛的应用，给我们的实现生活带了许
4、多便利。 1966 年气动 CO2激光器诞生了，从此 CO2激光器受到了极大的关注。由于激光技术中气动技术的引进，CO2激光器开辟了广阔的运用前景。伴随着科学技术的进步，世界各国的激光技术也得到了相应的发展，二氧化碳激光器是目前连续输出功率较高的一种激光，它发展较早，商业产品较为成熟，被广泛应用到材料加工、医疗使用、军事武器、环境量2测等各个领域。在激光的发展和应用方面，CO2激光器的制作和应用较早也较多，早在 1970 年代末期，就有从国外直接进口 CO2激光器，从事工业加工和医疗等应用。从 80 年代末期开始，CO2激光器被广泛引进并应用在在材料加工领域。本文主要介绍的 CO2激光器的基本
5、原理和基本结构，并着重从三个方面介绍了 CO2激光器的应用，最后介绍了 CO2激光器的研究现状和发展前景。2 2 激光激光 激光的最初的中文名叫做“镭射”或“莱塞” ，是它的英文名称 LASER 的音译，是取自英文 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 的各单词头一个字母组成的缩写词。意思是“通过受激发射光扩大“。激光的英文全名已经完全表达了制造激光的主要过程。1964 年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称“激光1。32.12.1 激光产生的三个条件激光产生的三个条件激光产生的三个条件如下：(1) 有提供放
6、大作用的增益介质作为激光工作物质，其激活粒子（原子、分子或离子）有适合于产生受激辐射的能级结构；(2) 有外界激励源，将下能级的粒子抽运到上能级，使激光上下能级之间产生粒子数反转；(3) 有光学谐振腔，增长激活介质的工作长度，控制光束的传播方向，选择被放大的受激辐射光频率以提高单色性2。2.22.2 激光的特点激光的特点激光与普通意义上的光源相比较激光主要有四个特点：方向性好、亮度极高、单色性好、相干性好3。2.32.3 激光器激光器激光器是一种能发射激光的装置。1954 年制成了第一台微波量子放大器，获得了高度相干的微波束。1958 年 A.L.肖4洛和 C.H.汤斯把微波量子放大器原理推广
7、应用到光频范围，并指出了产生激光的方法。1960 年 T.H.梅曼等人制成了第一台红宝石激光器。1961 年 A.贾文等人制成了氦氖激光器。1962 年 R.N.霍耳等人创制了砷化镓半导体激光器。以后，激光器的种类就越来越多。除自由电子激光器外，各种激光器的基本工作原理均相同，产生激光的必不可少的条件是粒子数反转和增益大过损耗，所以装置中必不可少的组成部分有激励（或抽运）源、具有亚稳态能级的工作介质两个部分。激励是工作介质吸收外来能量后激发到激发态，为实现并维持粒子数反转创造条件。激励方式有光学激励、电激励、化学激励和核能激励等。工作介质具有亚稳能级是使受激辐射占主导地位，从而实现光放大。激光
8、器中常见的组成部分还有谐振腔，但谐振腔（见光学谐振腔）并非必不可少的组成部分，谐振腔可使腔内的光子有一致的频率、相位和运行方向，从而使激光具有良好的方向性和相干性。而且，它可以很好地缩短工作物质的长度，还能通过改变谐振腔长度来调节所产生激光的模式（即选模） ，所以一般激光器都具有谐振腔4。激光器的种类是很多的。下面，将分别从激光工作物质、5激励方式、运转方式等几个方面进行分类介绍5。(1)按工作物质分类根据工作物质物态的不同可把所有的激光器分为以下几大类：固体（晶体和玻璃）激光器；气体激光器，而进一步区分为原子气体激光器、离子气体激光器、分子气体激光器、准分子气体激光器等；液体激光器，这类激光
9、器所采用的工作物质主要包括两类，一类是有机荧光染料溶液，另一类是含有稀土金属离子的无机化合物溶液；半导体激光器；自由电子激光器。(2)按激励方式分类光泵式激光器；电激励式激光器；化学激光器；核泵浦激光器。(3)按运转方式分类由于激光器所采用的工作物质、激励方式以及应用目的的不同，其运转方式和工作状态亦相应有所不同，从而可区分为以下几种主要的类型。连续激光器；单次脉冲激光器；重复脉冲激光器；调激光器；锁模激光器；单模和稳频激光器；可调谐激光器。63 3 COCO2 2激光器的原理激光器的原理3.13.1 COCO2 2激光器的基本结构激光器的基本结构 图 1 CO2激光器基本结构如图 1 所示是
10、为一种典型的 CO2激光器结构示意图。构成 CO2激光器谐振腔的两个反射镜放置在可供调节的腔片架上，最简单的方法是将反射镜直接贴在放电管的两端。基本结构： 激光管激光器中最关键的部分。通常由三部分组成（如图 1 所示）： 放电空间（放电管） 、水冷套（管） 、储气管。7放电管通常由硬质玻璃制成，一般采用层套筒式结构。它能够影响激光的输出以及激光输出的功率，放电管长度与输出功率成正比。在一定的长度范围内，每米放电管长度输出的功率随总长度而增加。一般而言，放电管的粗细对对输出功率没有影响。水冷套管的和放电管一样，都是由硬质玻璃制成。它的作用是冷却工作气体，使得输出功率稳定。储气管与放电管的两端相连接，即储气管的一端有一小孔与放电管相通，另一端经过螺旋形回气管与放电管相通。它的作用是可以使气体在放电管中与中循环流动，放电管中的气体随时交换。 光学谐振腔光学谐振腔由全反射镜和部分反射镜组成，是 CO2激光器的重要组成部分。光学谐振腔通常有三个作用：控制光束的传播方向，提高单色性；选定模式；增长激活介质的工作长度。最简单常用的激光器的光学谐振腔是由相向
