與其它分子激光器一樣,CO2激光器工作原理其受激發(fā)射過(guò)程也較復(fù)雜。分子有三種不同的運(yùn)動(dòng),即分子里電子的運(yùn)動(dòng),其運(yùn)動(dòng)決定了分子的電子能態(tài);二是分子里的原子振動(dòng),即分子里原子圍繞其平衡位置不停地作周期性振動(dòng)——并決定于分子的振動(dòng)能態(tài);三是分子轉(zhuǎn)動(dòng),即分子為一整體在空間連續(xù)地旋轉(zhuǎn),分子的這種運(yùn)動(dòng)決定了分子的轉(zhuǎn)動(dòng)能態(tài)。分子運(yùn)動(dòng)極其復(fù)雜,因此能級(jí)也很復(fù)雜。
CO2激光器產(chǎn)生激光:在放電管中,通常輸入幾十 mA或幾百mA的直流電流。放電時(shí),放電管中的混合氣體內(nèi)的氮分子由于受到電子的撞擊而被激發(fā)起來(lái)。這時(shí)受到激發(fā)的氮分子便和 CO2分子發(fā)生碰撞,N2分子把自己的能量傳遞給 CO2分子,CO2分子從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)上形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生激光。
如圖 1 所示是為一種典型的 CO2激光器結(jié)構(gòu)示意圖。構(gòu)成 CO2激光器諧振腔的兩個(gè)反射鏡放置在可供調(diào)節(jié)的腔片架上,最簡(jiǎn)單的方法是將反射鏡直接貼在放電管的兩端。
基本結(jié)構(gòu):
、 激光管
激光器中最關(guān)鍵的部分。通常由三部分組成(如圖 1所示): 放電空間(放電管)、水冷套(管)、儲(chǔ)氣管。放電管通常由硬質(zhì)玻璃制成,一般采用層套筒式結(jié)構(gòu)。它能夠影響激光的輸出以及激光輸出的功率,放電管長(zhǎng)度與輸出功率成正比。
在一定的長(zhǎng)度范圍內(nèi),每米放電管長(zhǎng)度輸出的功率隨總長(zhǎng)度而增加。
一般而言,放電管的粗細(xì)對(duì)對(duì)輸出功率沒(méi)有影響。
水冷套管的和放電管一樣,都是由硬質(zhì)玻璃制成。它的作用是冷卻工作氣體,使得輸出功率穩(wěn)定。
儲(chǔ)氣管與放電管的兩端相連接,即儲(chǔ)氣管的一端有一小孔與放電管相通,另一端經(jīng)過(guò)螺旋形回氣管與放電管相通。它的作用是可以使氣體在放電管中與中循環(huán)流動(dòng),放電管中的氣體隨時(shí)交換。
、 光學(xué)諧振腔
光學(xué)諧振腔由全反射鏡和部分反射鏡組成,是 CO2激光器的重要組成部分。光學(xué)諧振腔通常有三個(gè)作用:控制光束的傳播方向,提高單色性;選定模式;增長(zhǎng)激活介質(zhì)的工作長(zhǎng)度。