目录摘要 0关键词 11引言 12激光 22.1激光产生的三个条件 22.2激光的特点 22.3激光器 33 CO2激光器的原理 43.1 CO2激光器的基本结构 43.2 CO2激光器基本工作原理 63.3 CO2激光器的优缺点 84 CO2激光器的应用 84.1军事上的应用 84.2医疗上的应用 104.3工业上的应用 125 CO2激光器的研究现状与发展前景 135.1 CO2激光器的研究现状 135.2 CO2激光器的发展前景 15参考文献 错误！未定义书签摘要：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：CO2激光器；基本原理；基本结构；应用；1引言1964年由Patel在CO气体放电中，获得了波长在10.4微米和9.4 2微米附近的连续激光输出，世界上第一台CO分子的激光器诞生了。
它 2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⑴2.1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⑵2.2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⑶2.3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.肖洛和C.H.汤斯把微 波量子放大器原理推广应用到光频范围，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⑷激光器的种类是很多的下面，将分别从激光工作物质、激励方式、 运转方式等几个方面进行分类介绍⑸1胺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：①固 体（晶体和玻璃）激光器；②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；簸 体激光器，这类激光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；④中导 体激光器；⑤自由电子激光器2) 按激励方式分类① 光泵式激光器；②电激励式激光器；③化学激光器；④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①连续激光器；②单次脉冲激光器；③重复脉冲激光器；④调激 光器；⑤锁模激光器；⑥单模和稳频激光器；⑦可调谐激光器3 CO激光器的原理23.1 CO2激光器的基本结构进水口图1 CO2激光器基本结构如图1所示是为一种典型的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：① 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② 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放置的两平面镜（或 球面镜）构成CO2激光器的谐振腔常用平凹腔，反射镜采用由K8光 学玻璃或光学石英加工成大曲率半径的凹面镜，在镜面上镀有高反射 率的金属膜——镀金膜，使得波长为10.6pm的光反射率达98.8%，且 化学性质稳定我们知道二氧化碳发出的光为红外光，因此反射镜需 要应用透红外光的材料因为普通光学玻璃对红外光不透，就要求在 全反射镜的中心开一小孔，再密封上一块能透过10.6〃襁光的红外材 料，以封闭气体，这样就使谐振腔内激光的一部分从这一小孔输出腔 外，形成一束激光③ 电源及泵浦泵浦源能够提供能量使工作物质中上下能级间的粒子数翻转封 闭式CO2激光器的放电电流较小，采用冷电极，阴极用钼片或竦片做 成圆筒状30〜40mA的工作电流，阴极圆筒的面积500cm2，不致镜 片污染，在阴极与镜片之间加一光栏⑹。
3.2 CO激光器基本工作原理2如下图2所示为CO2激光器的产生激光的分子能级图从图2中可以分析得到CO2激光的激发过程，主要的工作物质由 CO2，氮气，氦气三种气体组成02是产生激光辐射的气体、氮 气及氦气为辅助性气体加入的氦有两个作用：一个是可以加速010 能级热弛预过程，因此有利于激光能级100及020的抽空；另一个是 实现有效的传热氮气的加入主要在CO2激光器中起能量传递作用， 为CO2激光上能级粒子数的积累与大功率高效率的激光输出起到强有 力的作用泵浦采用连续直流电源激发它的直流电源原理：直流电压为把 接入的交流电压，用变压器提升，经高压整流及高压滤波获得高压电 加在激光管上⑺300图2 CO2分子激光跃迁能级图CO2激光器是一种效率较高的激光器，不易造成工作介质损害，发 射出10.6pm波长的不可见激光，是一种比较理想的激光器按气体的 工作形式可分为封闭式及循环式，按激励方式分电激励，化学激励， 热激励，光激励与核激励等在医疗中使用的CO2激光器几乎百分之 百是电激励[8]CO2激光器的基本工作原理：与其它分子激光器一样，CO2激光器 工作原理其受激发射过程也较复杂分子有三种不同的运动，即分子 里电子的运动，其运动决定了分子的电子能态；二是分子里的原子振 动，即分子里原子围绕其平衡位置不停地作周期性振动——并决定于 分子的振动能态；三是分子转动，即分子为一整体在空间连续地旋转， 分子的这种运动决定了分子的转动能态。
分子运动极其复杂，因此能 级也很复杂CO2激光器产生激光：在放电管中，通常输入几十mA或几百mA 的直流电流放电时，放电管中的混合气体内的氮分子由于受到电子 的撞击而被激发起来这时受到激发的氮分子便和CO2分子发生碰撞， n2分子把自己的能量传递给CO2分子，CO2分子从低能级跃迁到高能级上形成粒子数反转从而产生激光⑼3.3 CO2激光器的优缺点与其它激光器相比，CO2激光器有着以下优缺点，如下：优点：具有较好的方向性、单色性和较好的频率稳定性而气体 的密度小，不易得到高的激发粒子浓度，因此，CO2气体激光器输出的 能量密度一般比固体激光器小缺点：CO2激光器的转换效率是很高的，但最高也不会超过40%， 这就是说，将有60%以上的能量转换为气体的热能，使温度升高而 气体温度的升高，将引起激光上能级的消激发和激光下能级的热激发， 这都会使粒子的反转数减少并且，气体温度的升高，将使谱线展宽， 导致增益系数下降特别是，气体温度的升高，还将引起CO2分子的 分解，降低放电管内的CO2分子浓度这些因素都会使激光器的输出 功率下降，甚至产生“温度猝灭” [10]4 CO2激光器的应用4.1军事上的应用激光技术在军事上应用中，在这近几年里，CO2激光器在这方面得 到了稳步的发展。
激光武器作为一种新概念武器，与传统常规武器相比，以其速度快, 方向性好，能量密度高，作战耗费比高等优点，成为新世纪武器中的新宠. 高能激光武器在军事应用的方面扮演着越来越重要的角色，代表着未来武器的发展方向，将彻底改变目前的战场环境和作战方式，使未来战争 的形态发生了深刻变革.高能气动CO2激光器输出功率大，曾被各国设计 用于研制高能激光武器［11］激光导弹防御或称激光反导的基本特征是：用由光速的高能激光 去摧毁声速运行的导弹或其它飞行固体我们可以说这方面是CO2激 光器的天下，因为它有一些突出的优点目前在陆军中采用的陆基小 型激光反导系统、空军采用的机载激光反未来的CO2激光武器主要的 特点是超高功率和高便携性高能激光器是未来战斗系统的重要组成 部分，将在反监视、主动保护、防空和。