常用气体激光器讲解PPT课件
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二氧化碳激光器原理及光学镜片的损伤PPT课件
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输出特性
气体激光器 气体和金属蒸气作为工作物质。 根据气体工作物质为气体原子、气体分子或气体离子,又可将
气体激光器分为原子激光器、分子激光器和离子激光器。
分子激光器中产生激光作用的是未电离的气体分子,激光跃迁 发生在气体分子不同的振-转能级之间。采用的气体主要有 CO2、CO、N2、O2、N2O、H2O、H2 等分子气体。分子激光 器的典型代表是CO2 激光器。
分子激光器的典型代表是co激励方式气体激光器一般采用气体放电激励射频激励电能利用率高放电稳定可实现大面积均匀放电因而可按增益面积比例提高器件的输出功率使大功率器件的体积大为缩小板条式激光器的放电面积每平方厘米功率输出15w到2w
激光原理与技术
主讲人：孔令浩
-
1
光
-
2
概述
一、 激光器的基本结构
激光器的基本结构由工作物质、泵浦源和光学谐振腔三部分构 成。
率。加入适量的N2 后,能明显提高输出功率。但其含量不能
太高,因总气压一定时,N2含量高,则CO2含量就相应降低,且放
电时CO2 离解出的O会与N2 发生化学反应,生成N2 O和 NO,
它们对CO2 分子的000 1能级有消- 激发作用。
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气体激光器
氦:在CO2 +N2 混合气体中,加入适量的He(He的含量可以是 CO2 的4～5倍)可以大幅度提高输出功率。其原因是:He原子 质量轻,导热率高(其导热率比CO2和N2高约一个数量级),可有 效降低工作气体温度,提高输出功率。另外He对CO2分子激光 下能级100 0、020 0和011 0的弛豫作用远大于其对激光上能级 000 1能级的弛豫作用,有利于实现粒子数反转。在高气压CO2 激光器中,He的主要作用是改善气体放电的均匀性。
CO2激光器详解ppt课件
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5
N2分子的共振能量转移： 电子碰撞激发N2的振动能级的总截面很大。这些被激发的 很大一部分分子将被=1的能级所收集。N2的=1能级与 CO2的0001能级仅相差18cm-1(≈2.510-3eV)，因此，N2与 CO2的基态分子发生碰撞时，N2将激发能量转移给CO2分子， 使之激发到0001能级；这个过程可表示为：
对CO2分子讲，在每一个振动能级上，不是所有J值的转动 能级都存在。在CO2分子中，Q支是禁戒的，只有P支和R支 是非禁戒的。P(20)指的是从上能级J=19到下能级J=20的 跃迁；R(20)指的是从上能级J=21到下能级J=20的跃迁。
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4
激发过程
激光跃迁可发生在00011000(≈10．6m)和 00010200(≈9．6m)两个过程中。但输出激光主要发生 在00011000过程中。 泵浦主要通过下面两个过程： 电子碰撞激发，这个过程表示为：
图10 (f) 射频激励激光器
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4.准分子光器
准分子(Excimer)是束缚在电子激发态的分子，是一种处 于激发态的复合分子，无稳定的基态。很快自动地离解成 原子或其它分子团，从它产生到消失的时间只有几十毫微 秒。
准分子分两类；一类是同核二聚物(Dimer)如 、Xe2* H等g，2* 另一类是异核型准分子 (Exciplex)，如惰性气体的氧化
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准分子激光器的特点
准分子寿命很短，只有10-8秒，激光跃迁的下能 级是排斥态或寿命非常短(只有10-13秒)的弱束缚 态，这就是说激光下能级总是空的。
与其它分子激光器属于束缚—束缚辐射跃迁的情 形不同，准分子激光器属于束缚-自由辐射跃迁。 由于不存在明确的振动—转动跃迁，所以跃迁是 宽带的。
CO2激光器详解培训课件
、Xe
* 2
H等g ，2*
另一类是异核型准分子 (Exciplex)，如惰性气体的氧化
物和卤化物 XeO、* XeF等*，以及金属卤化物 HgC等l * 。
2020/6/9
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An excimer laser is a specific type of molecular gas laser that produces high intensity light in the ultraviolet (UV) range of the electromagnetic spectrum. The UV light source is a Lumonics PM-848k excimer laser, which can be configured to operate with either a KrF (krypton-fluoride) gas mixture at 248 nm or an ArF (argon-fluoride) gas mixture at 193 nm. The excimer laser beam will be used for microfabrication in a wide range of absorbing materials. Any feature down to a size of 2 mm can be etched into a surface in a fraction of the processing time of standard photolithography. The range of applications will cover accurate and rapid scribing, drilling holes through the substrate, and creating complicated patterns and devices out silicon and plastics alike.
常用气体激光器讲解ppt课件
因此，氩离子激光器的 激活粒子是Ar+。
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
采取两次电子碰撞将 氩原子激发到 3p44P态 要比直接碰撞、一次将 氩原子激发到3p44P态的 电子能量要小，后者只 能在低气压放电中才有 如此大的能量 （35.5eV）。
二、基本结构
氩离子激光器包括： 放电管、电极、回气管、谐振腔、轴向磁场等。
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
氩离子激光器分段石墨放电管
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
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2、工作物质
1.CO2气体是工作物质，辅助气体有N2、He、Xe和H2等；
2.N2在气体中起能量转移作用。N2分子受电子碰撞的概率 很大，放电中使大量N2处于亚稳态。通过近共振碰撞把内能 转移给CO2分子，实现粒子数反分布 ；
2. 输出波长: 从真空紫外到可见光区域 。
3．脉冲特性： 由于基态寿命短，即使是超短脉冲情况下，
基态也可被认为是空的，因此准分子激光对 产生巨脉冲特别有利。
4. 能够精确聚焦和控制，其切削 精度非常高，每个光脉冲切削深度 为0.2微米，能够在人的头发丝上 刻出各种花样来。
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
采取两次电子碰撞将 氩原子激发到 3p44P态 要比直接碰撞、一次将 氩原子激发到3p44P态的 电子能量要小，后者只 能在低气压放电中才有 如此大的能量 （35.5eV）。
二、基本结构
氩离子激光器包括： 放电管、电极、回气管、谐振腔、轴向磁场等。
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氩离子激光器分段石墨放电管
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2、工作物质
1.CO2气体是工作物质，辅助气体有N2、He、Xe和H2等；
2.N2在气体中起能量转移作用。N2分子受电子碰撞的概率 很大，放电中使大量N2处于亚稳态。通过近共振碰撞把内能 转移给CO2分子，实现粒子数反分布 ；
2. 输出波长: 从真空紫外到可见光区域 。
3．脉冲特性： 由于基态寿命短，即使是超短脉冲情况下，
基态也可被认为是空的，因此准分子激光对 产生巨脉冲特别有利。
4. 能够精确聚焦和控制，其切削 精度非常高，每个光脉冲切削深度 为0.2微米，能够在人的头发丝上 刻出各种花样来。
常用气体激光器讲解课件
常用气体激光器• 常用气体激光器类型 • 气体激光器的性能参数 • 气体激光器的优缺点分析 • 气体激光器的应用案例 • 气体激光器的未来发展前景
01
气体激光器简介
定义与工作原理
定义
气体激光器是一种利用气体作为工作物质的激光器，通过激发气体中的原子或分子，使其跃迁至激发态，再通过 受激辐射产生光子，从而实现激光输出。
新型激光器件结构
02
通过优化激光器件结构，降低激光器的阈值，提高能量转化效
率，进一步减小激光器的体积和重量。
高效光束质量控制技术
03
发展新型光束质量控制技术，提高气体激光器的光束质量和聚
焦性能，满足高端应用领域的需求。
应用领域的拓展
医疗领域
随着激光技术的不断发展，气体激光器在医疗领域的应用将更加 广泛，如激光美容、激光治疗等。
通过改进光学系统和冷却系统等手段，减小气体 激光器的体积和重量，提高其集成度。
提高效率和稳定性
通过优化气体激光器的结构设计、选用高性能的 气体介质和提高制造工艺水平等手段，提高其光 电转换效率和稳定性。
拓宽波长范围
通过采用新型的气体介质和光学技术，拓宽气体 激光器的波长范围，以满足更多应用领域的需要 。
量子计算
利用单个光子进行量子信息的 传输和处理。
激光雷达
利用激光测量距离和速度，常 用于环境监测和无人驾驶技术 。
教学演示
用于演示光学、量子力学和化 学等领域的基本原理和现象。
06
气体激光器的未来发展前 景
技术创新与突破
新型气体激光材料
01
随着材料科学的进步，将会有更多高效的气体激光材料被发现
和应用，提高激光器的输出功率和稳定性。
应用
01
气体激光器简介
定义与工作原理
定义
气体激光器是一种利用气体作为工作物质的激光器，通过激发气体中的原子或分子，使其跃迁至激发态，再通过 受激辐射产生光子，从而实现激光输出。
新型激光器件结构
02
通过优化激光器件结构，降低激光器的阈值，提高能量转化效
率，进一步减小激光器的体积和重量。
高效光束质量控制技术
03
发展新型光束质量控制技术，提高气体激光器的光束质量和聚
焦性能，满足高端应用领域的需求。
应用领域的拓展
医疗领域
随着激光技术的不断发展，气体激光器在医疗领域的应用将更加 广泛，如激光美容、激光治疗等。
通过改进光学系统和冷却系统等手段，减小气体 激光器的体积和重量，提高其集成度。
提高效率和稳定性
通过优化气体激光器的结构设计、选用高性能的 气体介质和提高制造工艺水平等手段，提高其光 电转换效率和稳定性。
拓宽波长范围
通过采用新型的气体介质和光学技术，拓宽气体 激光器的波长范围，以满足更多应用领域的需要 。
量子计算
利用单个光子进行量子信息的 传输和处理。
激光雷达
利用激光测量距离和速度，常 用于环境监测和无人驾驶技术 。
教学演示
用于演示光学、量子力学和化 学等领域的基本原理和现象。
06
气体激光器的未来发展前 景
技术创新与突破
新型气体激光材料
01
随着材料科学的进步，将会有更多高效的气体激光材料被发现
和应用，提高激光器的输出功率和稳定性。
应用
常用气体激光器讲解
3、一般连续输出几瓦到十几瓦，甚至上百瓦。
4、输出波长易 被血红蛋白吸收，所以氩离子激光器对生物 止血效果最好。 在临床上主要用于外科手术，用它作“光 刀” ，尤其是上、下消化道出血时，氩离子激光器可以利用 光纤导人内镜进行止血等非手术治疗。目前它广泛用于眼科 凝固、皮肤科、内科等综合治疗领域。
表 氩离子激光的可见光光谱线
可见染料激光形成过程，经 历了两次无辐射跃迁。
三、染料分子的三重态“陷阱”
能级图中的T1和T2是三重态。 由于三重态T1较单态S1低，所以 处在S1中的分子很容易无辐射地 跃迁到T1上，又因为T1与S0之间 不产生辐射跃迁，而且T1的寿命 较长，约为10-4～10-3s，所以T1 态对于激发分子来说，相当于一个 “陷阱”。
采取两次电子碰撞将 氩原子激发到 3p44P态 要比直接碰撞、一次将 氩原子激发到3p44P态的 电子能量要小，后者只 能在低气压放电中才有 如此大的能量 （35.5eV）。
由于3p44P 和 3p44S能级上有许多 不同的电子态，所以 氩离子激光输出由丰 富的谱线。最强的谱 线波长是488.0nm、 514.5nm。
准分子激光切削
制做角膜瓣 角膜瓣复位
LASIK手术示意图
角膜微切器切割角膜
角膜瓣形成并翻转
角膜中间基质切削区准备
准分子激光切削角膜基质
角膜瓣复位
准分子激光角膜原位磨镶术完成
智慧型大小光斑技术:
三维主动眼球跟踪技术:
根据不同的个人数据，
除对眼球在XY轴运动进行追
系统自动调整光斑大小： 踪外，还可以追踪眼球在Z轴的立
二、工作原理
通常情况下，基态的稀有气体原子化学性质稳定，因此呈 两种气体混合状态（Rg+X） 。但当它们受到激发时，如电子 束的轰击或高压激励等，稀有气体原子就可能从基态跃迁到激 发态，甚至被电离，这时很容易和另一个原子形成一个寿命极 短的分子（RgX） ，这种处于激发态的分子称受激二聚物， 简称准分子。
4、输出波长易 被血红蛋白吸收，所以氩离子激光器对生物 止血效果最好。 在临床上主要用于外科手术，用它作“光 刀” ，尤其是上、下消化道出血时，氩离子激光器可以利用 光纤导人内镜进行止血等非手术治疗。目前它广泛用于眼科 凝固、皮肤科、内科等综合治疗领域。
表 氩离子激光的可见光光谱线
可见染料激光形成过程，经 历了两次无辐射跃迁。
三、染料分子的三重态“陷阱”
能级图中的T1和T2是三重态。 由于三重态T1较单态S1低，所以 处在S1中的分子很容易无辐射地 跃迁到T1上，又因为T1与S0之间 不产生辐射跃迁，而且T1的寿命 较长，约为10-4～10-3s，所以T1 态对于激发分子来说，相当于一个 “陷阱”。
采取两次电子碰撞将 氩原子激发到 3p44P态 要比直接碰撞、一次将 氩原子激发到3p44P态的 电子能量要小，后者只 能在低气压放电中才有 如此大的能量 （35.5eV）。
由于3p44P 和 3p44S能级上有许多 不同的电子态，所以 氩离子激光输出由丰 富的谱线。最强的谱 线波长是488.0nm、 514.5nm。
准分子激光切削
制做角膜瓣 角膜瓣复位
LASIK手术示意图
角膜微切器切割角膜
角膜瓣形成并翻转
角膜中间基质切削区准备
准分子激光切削角膜基质
角膜瓣复位
准分子激光角膜原位磨镶术完成
智慧型大小光斑技术:
三维主动眼球跟踪技术:
根据不同的个人数据，
除对眼球在XY轴运动进行追
系统自动调整光斑大小： 踪外，还可以追踪眼球在Z轴的立
二、工作原理
通常情况下，基态的稀有气体原子化学性质稳定，因此呈 两种气体混合状态（Rg+X） 。但当它们受到激发时，如电子 束的轰击或高压激励等，稀有气体原子就可能从基态跃迁到激 发态，甚至被电离，这时很容易和另一个原子形成一个寿命极 短的分子（RgX） ，这种处于激发态的分子称受激二聚物， 简称准分子。
激光器件-第1篇-第二讲-原子气体激光器
2024/8/30
5
• 2.1.1 He-Ne激光器的基本结构
He-Ne激光器由激光管和电源两部分组成, 激光管主要包括放电管、 电极和谐振腔三部分, 放电管是He-Ne激光器的核心。
‒ 放电管
毛细管：处于增益介质工作区，气体放电仅在毛细管中进行, 当在 电极上施加高压后,毛细管中的气体开始放电,使氖原子产生粒子数 反转。
激发态21S0和23S1特点：与基态之 间禁戒辐射跃迁。He(21S0)原子辐 射寿命为2×10-2秒，He(23S1)原子 的寿命为6×10-5秒，比其他能级原 子的寿命(10-8秒)要长。为Ne原子 的激发上能级的共振激发能量转移 提供了有利条件。
2024/8/30
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‒ 氖原子能级分布
Ne原子核外有10个电子,其基态电 子组态为1s22s22p6 。Ne原子基态 能级为1S0 。Ne原子有10个电子， 基态1S0(电子分布为1s22s22p6)。激 发态为1S、2S、3S、2P、3P等， 它们对应的外层电子组态分别为 2p53s 、 2p54s 、 2p55s 、 2p53p 、 2p54p。
‒ 电极
阳极：一般采用钨针制成 阴极：多采用电子发射率高而溅射率小的铝及其合金制成，
通常做成圆筒状,并有尽可能大的尺寸
‒ 光学谐振腔
由一对镀有多层高反射率介质膜的反射镜组成，一般采用平凹 腔。平面镜为输出反射镜,透过率约1%～2%,凹面镜为全反射镜， 反射率接近100%。
按照谐振腔与放电管的放置方式不同,可分为内腔式、外腔式和 半内腔式、傍轴式、单毛细管式
具有旁轴式结构的部分优 点，还可以沿管壁加非均匀磁 场，抑制较强谱线的输出，适 于较长激光器中采用。
2024/8/30
11
二氧化碳激光器简介PPT课件
3 横流高功率CO2激光器 放电方向 气流方向 激光束输出方向互相垂直
4.5 横向激励高气压CO2激光器（TEA） 1 特点
工作气压高 采用横向激励方式 电极面积大 施用预电离技术
2 常用的TEA CO2激光器结构 1） 针板TEA CO2激光器
结构比较简单，易实现均匀激励，效率不高，光束质量不太好
4 辅助气体 N2： 增大CO2分子0001能级的激发速率,还能增加0110能
级的驰豫速率
CO：增大CO2分子0001能级的激发速率，还能增加0110
能级的驰豫速率，但太高时会使0001能级消激发
He：1 降低工作气体的温度，增加输出功率
2 He对激光下能级的驰豫作用比对激光能级的驰豫作 用影响大得多，这有利于粒子数反转，即有利于提高输出 功率
2）管－板式放电结构 阴极： 放置位置： 气流上游前沿与阳极前沿对齐 与导流板之间必须留有足够的空隙 应置于喉道渐缩段内 寿命：与管径大小有关，管径小寿命长 材料：无氧铜 水冷镍阴极
阳极： 条形，两端圆弧过渡，紫铜制造 辅助阳极 阳极长度不匹配： 电极缩短，抑制瞬间飞弧的进一步扩展，在工
作气质变劣时也能稳定放电 电极过短，特别气质变劣情况下，异常辉光放
4）费米共振激发
CO2（1000）+ CO2（0000）－ △E
CO2（0200）
CO2（1000）－ △E
3 二氧化碳激光器驰豫过程
1）激光上能级的驰豫 分 体积驰豫 和 管壁驰豫，驰豫速率与气压有关，体
积驰豫还与辅助气体种类及其气压有关 2）激光下能级的驰豫
第一步 1000和0200能级的分子与基态分子碰撞，二者都会驰豫 到0110振动能级
1）电子碰撞激发
直接激发
4.5 横向激励高气压CO2激光器（TEA） 1 特点
工作气压高 采用横向激励方式 电极面积大 施用预电离技术
2 常用的TEA CO2激光器结构 1） 针板TEA CO2激光器
结构比较简单，易实现均匀激励，效率不高，光束质量不太好
4 辅助气体 N2： 增大CO2分子0001能级的激发速率,还能增加0110能
级的驰豫速率
CO：增大CO2分子0001能级的激发速率，还能增加0110
能级的驰豫速率，但太高时会使0001能级消激发
He：1 降低工作气体的温度，增加输出功率
2 He对激光下能级的驰豫作用比对激光能级的驰豫作 用影响大得多，这有利于粒子数反转，即有利于提高输出 功率
2）管－板式放电结构 阴极： 放置位置： 气流上游前沿与阳极前沿对齐 与导流板之间必须留有足够的空隙 应置于喉道渐缩段内 寿命：与管径大小有关，管径小寿命长 材料：无氧铜 水冷镍阴极
阳极： 条形，两端圆弧过渡，紫铜制造 辅助阳极 阳极长度不匹配： 电极缩短，抑制瞬间飞弧的进一步扩展，在工
作气质变劣时也能稳定放电 电极过短，特别气质变劣情况下，异常辉光放
4）费米共振激发
CO2（1000）+ CO2（0000）－ △E
CO2（0200）
CO2（1000）－ △E
3 二氧化碳激光器驰豫过程
1）激光上能级的驰豫 分 体积驰豫 和 管壁驰豫，驰豫速率与气压有关，体
积驰豫还与辅助气体种类及其气压有关 2）激光下能级的驰豫
第一步 1000和0200能级的分子与基态分子碰撞，二者都会驰豫 到0110振动能级
1）电子碰撞激发
直接激发
激光器认知PPT课件
主材料：晶体或玻璃
晶体：1)金属氧化物 Al2O3，氧化钇Y2O3，钇铝石榴石Y3Al5O12 （YAG）。2)铝酸盐、磷酸盐、硅酸盐等晶体：铝酸钇YALO3(YAP)、氟磷酸 钙Ca(PO4)3F等。3) 氟化物晶体：氟化钙CaF2、氟化钡BaF
玻璃：硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐玻璃
（有高的机械强度、高的导热特性）
Er3+-YAG激光器的泵浦效率较低
激光波长2.94um为人体组织的吸收波长， 在激光外科及血管外科上有较大应用前景，
2019/9/19
22
3、钕玻璃激光器
钕玻璃是把Nd2O3掺入到光学玻璃中（硅酸盐、磷酸盐等）制成的。 Nd2O3的参入浓度为1-5%(重量) 钕玻璃的吸收光谱与YAG相似，但吸收带较宽
图5.6
2019/9/19
20
Nd-YAG激光器的特性
1. 连续或脉冲工作方式 2. 脉冲频率：10-100Hz 3. 连续功率输出：10-100w 4. 脉冲输出功率：50mJ—10J 5. 波长: 1.06um，采用非线性晶体倍频，可实现
二倍频：532nm 三倍频：355nm 四倍频：266nm
激光材料：Al2O3 +0.01%…0.5% Cr3+
2E能级分解成二个能级：2A、E，△E=29cm-1 辐射波长：694.3nm和692.9nm
2A和E能级上的粒子数由波尔兹曼分布确定
三能级系统
N2 (2 A) / N2 (E ) 0.87
激光振荡时只有694.3nm的激光输出
2019/9/19
870nm，带宽约30nm 其中750nm、805nm吸收最强
2019/9/19
18
图5.5
四能级系统
气体激光器ppt课件
工作物质： CO2: 激活气体； N2 : 辅助气体，提高上能级的激励效率； He气：辅助气体，有助于下能级的排空。
24
1. 工作物质基态能级与激光跃迁：
25
2. CO2分子的三种振动方式：
v1、v2、v3分别是三种振动方式的量子数。
26
3. CO2分子的三种激励方式： a.直接与电子碰撞激发; b.级（串）联激发； c.共振能量转移：发生在很接近的能级之间。
气体激光器
1
9.2 气体激光器
• 工作物质：气体或蒸汽 • 优点： • 1.光束方向性好。由于工作物质的光学均匀性远
比固体好，易于获得衍射极限的高斯光束， • 2.单色性好。气体工作物质的谱线宽度远比固体
小，激光的单色性好。
缺点：体积比较大。 由于气体的激活粒子密度较固体小，需要较大体积的
工作物质才能获得足够的功率输出。
31
32
33
9000W 横流CO2激光器(以色列)
34
2500W CO2激光器及四轴加工机
35
1000W CO2激光器及三轴加工机
36
6000W CO2激光器加工系统
37
9.2.4 准分子激光器
准分子：是一种在激发态结合为分子，在 基态解离为原子的不稳定缔合物。它可由 同类分子或异类分子构成。
2
泵浦方式：以气体放电形式为主，还可采用 化学泵浦、热泵浦及核泵浦等方式。
注意
气体工作物质吸收谱线宽度小，不宜采用光源泵浦， 通常采用气体放电泵浦方式；在放电过程中，受电 场加速而获得了足够动能的电子与粒子碰撞时，将 粒子激发到高能态，因而在其一对能级间形成了集 居数反转分布。
3
9.2.1 He-Ne气体激光器
24
1. 工作物质基态能级与激光跃迁：
25
2. CO2分子的三种振动方式：
v1、v2、v3分别是三种振动方式的量子数。
26
3. CO2分子的三种激励方式： a.直接与电子碰撞激发; b.级（串）联激发； c.共振能量转移：发生在很接近的能级之间。
气体激光器
1
9.2 气体激光器
• 工作物质：气体或蒸汽 • 优点： • 1.光束方向性好。由于工作物质的光学均匀性远
比固体好，易于获得衍射极限的高斯光束， • 2.单色性好。气体工作物质的谱线宽度远比固体
小，激光的单色性好。
缺点：体积比较大。 由于气体的激活粒子密度较固体小，需要较大体积的
工作物质才能获得足够的功率输出。
31
32
33
9000W 横流CO2激光器(以色列)
34
2500W CO2激光器及四轴加工机
35
1000W CO2激光器及三轴加工机
36
6000W CO2激光器加工系统
37
9.2.4 准分子激光器
准分子：是一种在激发态结合为分子，在 基态解离为原子的不稳定缔合物。它可由 同类分子或异类分子构成。
2
泵浦方式：以气体放电形式为主，还可采用 化学泵浦、热泵浦及核泵浦等方式。
注意
气体工作物质吸收谱线宽度小，不宜采用光源泵浦， 通常采用气体放电泵浦方式；在放电过程中，受电 场加速而获得了足够动能的电子与粒子碰撞时，将 粒子激发到高能态，因而在其一对能级间形成了集 居数反转分布。
3
9.2.1 He-Ne气体激光器
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.
3、CO2分子激发机理
N2分子受到电子碰撞后 被激发并和CO2分子发生 碰撞， N2分子把获得的 能量传递给CO2分子，使 大量的CO2分子被激发到 001能级时，能级001和 能级 100之间形成粒子数 的反分布。
.
100能级和020能级的分 子迅速跃迁到亚稳态010能 级上。因此必须把跃迁到 010能级上的CO2分子立 即抽空，否则不利于粒子 数的反转。
对人眼损害小；
3、连续输出功率可达万瓦级，常用电激励 ；
4、温度效应 转换效率最高也不会超过40％，这就是说 有60％以上的能量转换为气体的热能，气体温度的升高，将 引起CO2分子的分解，降低放电管内的CO2分子浓度。使激 光器的输出功率下降，因此，冷却问题是CO2激光器正常运 转的重要技术问题。
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氩离子激光器
原子或分子因某种原因失去电子或获得电子的过 程称为电离。若原子失去电子，称为正离子，反 之则称为负离子。
利用离子的能级跃迁所获得的激光器件称为离 子激光器。氖、 氩、氪、氙、镉蒸气、硒蒸气等 均能作离子激光器的工作物质。它们的激光输出 功率比原子气体激光器要高，达几十瓦，可连续 或脉冲输出。
二氧化碳激光器
属分子气体激光器
一、工作原理
1、CO2分子运动
CO2分子有三种不同的运动形式： 1.对称振动(b) 2.形变振动(c) 3.非对称振动(d)
.
方向相反
2、工作物质
1.CO2气体是工作物质，辅助气体有N2、He、Xe和H2等；
2.N2在气体中起能量转移作用。N2分子受电子碰撞的概率 很大，放电中使大量N2处于亚稳态。通过近共振碰撞把内能 转移给CO2分子，实现粒子数反分布 ；
3、一般连续输出几瓦到十几瓦，甚至上百瓦。
4、输出波长易 被血红蛋白吸收，所以氩离子激光器对生物 止血效果最好。 在临床上主要用于外科手术，用它作“光 刀” ，尤其是上、下消化道出血时，氩离子激光器可以利用 光纤导人内镜进行止血等非手术治疗。目前它广泛用于眼科 凝固、皮肤科、内科等综合治疗领域。
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表 氩离子激光的可见光光谱线
3.He对CO2分子有冷却作用，也可加速下能级粒子数抽空；
4.Xe的电离电位低，激光器内的气体易电离，使CO2分子能 量转换效率提高10％～15％。同时在维持放电电流相同的情 况下，加入Xe后可使放电电压下降20％～30％。 5.H2或(H2O蒸汽)可促使低能粒子抽空，H2O蒸汽有利于 CO2分 子的还原，可延长寿命。
.
采取两次电子碰撞将 氩原子激发到 3p44P态 要比直接碰撞、一次将 氩原子激发到3p44P态的 电子量要小，后者只 能在低气压放电中才有 如此大的能量 （35.5eV）。
由于3p44P 和 3p44S能级上有许多 不同的电子态，所以 氩离子激光输出由丰 富的谱线。最强的谱 线波长是488.0nm、 514.5nm。
激光跃迁能级
4P2S01/2——4S2P1/2 4P2D03/2——4S2P3/2 4P2P03/2——4S2P1/2 4P2D05/2——4S2P3/2 4P2D03/2——4S2P1/2 4P4D05/2——4S2P3/2 4P4D03/2——4S2P3/2
波长(nm) 457.9 472.7 476.5 488.0 496.5 514.5 528.7
He原子质量小，运动 速度快，频繁地碰撞 CO2分子，高效地抽运 010能级上的CO2分子 ，大大提高了粒子数反 转程度。
.
二、基本结构
所谓封离型是指 工作气体被密封在放 电管内(由放电管、 水冷管和储气管三层 结构组成 )。
它的优点是结构 简单、紧凑。但它的 单位放电长度可输出 的功率比其他结构的 （如流动型和气动型） CO2激光器要低。
.
二、工作原理
通常情况下，基态的稀有气体原子化学性质稳定，因此呈 两种气体混合状态（Rg+X） 。但当它们受到激发时，如电子 束的轰击或高压激励等，稀有气体原子就可能从基态跃迁到激 发态，甚至被电离，这时很容易和另一个原子形成一个寿命极 短的分子（RgX） ，这种处于激发态的分子称受激二聚物， 简称准分子。
或率（W） 0.35 0.30 0.75 1.50 0.70 2.00 0.34
.
准分子激光器
一、工作物质
“准分子” ：不是稳定分子。它是混合气体受到外来能量 激发所引起的一系列物理和化学的反应中曾经形成但转瞬即 逝的分子，其寿命仅为几十毫秒。
这类激光器的工作物质是受激的气体原子(如Ar、Kr、 Xe，用Rg表示)和卤元素(例如F、Cl，用X表示)结合而成 的准分子，如氟化氩(ArF)、氯化氪(KrCl)、氟化氙(XeF) 等;
纵向电激励水冷内腔式封离型 CO2激光器的典型结构
.
.
折叠式CO2激光器（水冷套未画出） 横向循环流动CO2激光器
.
纵向流动CO2激光器
三 、输出特性
1、能量转换效率高 ： 20～25% (氦氖激光器的能量转换 效率仅为千分之几) ；
2、常用的CO2激光器输出波长为10.6 m ，属于中红外区，
.
一、工作原理
激发过程一般分两步： 气体放电后，放电管中的 高速电子与中性氩离子碰 撞，从氩离子中打出一个 电子，使之电离，形成处 在基态上的氩离子；该基 态Ar+再与高速电子碰撞， 被激发到高能态，当激光 上下能级间产生粒子数反 转时，即可产生氩离子激 光。
因此，氩离子激光器的 激活粒子是Ar+。
.
二、基本结构
氩离子激光器包括： 放电管、电极、回气管、谐振腔、轴向磁场等。
.
氩离子激光器分段石墨放电管
.
国产的氩离子激光管
.
三、输出特点
1、是一种惰性气体离子激光器 ，在离子激光器中输出效率 最高；
2、其输出波长较多，主要有 514.5nm和488.0nm两个蓝绿色 的谱线，是可见光区域中最强的激光器。 ；
RgX基态分子寿命极短，为 10-13s量级，它沿着自己的势 能曲线想核间距增大的方向移 动，直至最终离解成独立的原 子Rg+X。激发态RgX*能级寿 命为10-8s量级，比基态稳定， 因此很容易形成粒子数反转。
.
三、基本结构
准分子激光器的结构
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1．功率特性：准分子基态的电子迅速排空造成激光下能级总
3、CO2分子激发机理
N2分子受到电子碰撞后 被激发并和CO2分子发生 碰撞， N2分子把获得的 能量传递给CO2分子，使 大量的CO2分子被激发到 001能级时，能级001和 能级 100之间形成粒子数 的反分布。
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100能级和020能级的分 子迅速跃迁到亚稳态010能 级上。因此必须把跃迁到 010能级上的CO2分子立 即抽空，否则不利于粒子 数的反转。
对人眼损害小；
3、连续输出功率可达万瓦级，常用电激励 ；
4、温度效应 转换效率最高也不会超过40％，这就是说 有60％以上的能量转换为气体的热能，气体温度的升高，将 引起CO2分子的分解，降低放电管内的CO2分子浓度。使激 光器的输出功率下降，因此，冷却问题是CO2激光器正常运 转的重要技术问题。
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氩离子激光器
原子或分子因某种原因失去电子或获得电子的过 程称为电离。若原子失去电子，称为正离子，反 之则称为负离子。
利用离子的能级跃迁所获得的激光器件称为离 子激光器。氖、 氩、氪、氙、镉蒸气、硒蒸气等 均能作离子激光器的工作物质。它们的激光输出 功率比原子气体激光器要高，达几十瓦，可连续 或脉冲输出。
二氧化碳激光器
属分子气体激光器
一、工作原理
1、CO2分子运动
CO2分子有三种不同的运动形式： 1.对称振动(b) 2.形变振动(c) 3.非对称振动(d)
.
方向相反
2、工作物质
1.CO2气体是工作物质，辅助气体有N2、He、Xe和H2等；
2.N2在气体中起能量转移作用。N2分子受电子碰撞的概率 很大，放电中使大量N2处于亚稳态。通过近共振碰撞把内能 转移给CO2分子，实现粒子数反分布 ；
3、一般连续输出几瓦到十几瓦，甚至上百瓦。
4、输出波长易 被血红蛋白吸收，所以氩离子激光器对生物 止血效果最好。 在临床上主要用于外科手术，用它作“光 刀” ，尤其是上、下消化道出血时，氩离子激光器可以利用 光纤导人内镜进行止血等非手术治疗。目前它广泛用于眼科 凝固、皮肤科、内科等综合治疗领域。
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表 氩离子激光的可见光光谱线
3.He对CO2分子有冷却作用，也可加速下能级粒子数抽空；
4.Xe的电离电位低，激光器内的气体易电离，使CO2分子能 量转换效率提高10％～15％。同时在维持放电电流相同的情 况下，加入Xe后可使放电电压下降20％～30％。 5.H2或(H2O蒸汽)可促使低能粒子抽空，H2O蒸汽有利于 CO2分 子的还原，可延长寿命。
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采取两次电子碰撞将 氩原子激发到 3p44P态 要比直接碰撞、一次将 氩原子激发到3p44P态的 电子量要小，后者只 能在低气压放电中才有 如此大的能量 （35.5eV）。
由于3p44P 和 3p44S能级上有许多 不同的电子态，所以 氩离子激光输出由丰 富的谱线。最强的谱 线波长是488.0nm、 514.5nm。
激光跃迁能级
4P2S01/2——4S2P1/2 4P2D03/2——4S2P3/2 4P2P03/2——4S2P1/2 4P2D05/2——4S2P3/2 4P2D03/2——4S2P1/2 4P4D05/2——4S2P3/2 4P4D03/2——4S2P3/2
波长(nm) 457.9 472.7 476.5 488.0 496.5 514.5 528.7
He原子质量小，运动 速度快，频繁地碰撞 CO2分子，高效地抽运 010能级上的CO2分子 ，大大提高了粒子数反 转程度。
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二、基本结构
所谓封离型是指 工作气体被密封在放 电管内(由放电管、 水冷管和储气管三层 结构组成 )。
它的优点是结构 简单、紧凑。但它的 单位放电长度可输出 的功率比其他结构的 （如流动型和气动型） CO2激光器要低。
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二、工作原理
通常情况下，基态的稀有气体原子化学性质稳定，因此呈 两种气体混合状态（Rg+X） 。但当它们受到激发时，如电子 束的轰击或高压激励等，稀有气体原子就可能从基态跃迁到激 发态，甚至被电离，这时很容易和另一个原子形成一个寿命极 短的分子（RgX） ，这种处于激发态的分子称受激二聚物， 简称准分子。
或率（W） 0.35 0.30 0.75 1.50 0.70 2.00 0.34
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准分子激光器
一、工作物质
“准分子” ：不是稳定分子。它是混合气体受到外来能量 激发所引起的一系列物理和化学的反应中曾经形成但转瞬即 逝的分子，其寿命仅为几十毫秒。
这类激光器的工作物质是受激的气体原子(如Ar、Kr、 Xe，用Rg表示)和卤元素(例如F、Cl，用X表示)结合而成 的准分子，如氟化氩(ArF)、氯化氪(KrCl)、氟化氙(XeF) 等;
纵向电激励水冷内腔式封离型 CO2激光器的典型结构
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折叠式CO2激光器（水冷套未画出） 横向循环流动CO2激光器
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纵向流动CO2激光器
三 、输出特性
1、能量转换效率高 ： 20～25% (氦氖激光器的能量转换 效率仅为千分之几) ；
2、常用的CO2激光器输出波长为10.6 m ，属于中红外区，
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一、工作原理
激发过程一般分两步： 气体放电后，放电管中的 高速电子与中性氩离子碰 撞，从氩离子中打出一个 电子，使之电离，形成处 在基态上的氩离子；该基 态Ar+再与高速电子碰撞， 被激发到高能态，当激光 上下能级间产生粒子数反 转时，即可产生氩离子激 光。
因此，氩离子激光器的 激活粒子是Ar+。
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二、基本结构
氩离子激光器包括： 放电管、电极、回气管、谐振腔、轴向磁场等。
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氩离子激光器分段石墨放电管
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国产的氩离子激光管
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三、输出特点
1、是一种惰性气体离子激光器 ，在离子激光器中输出效率 最高；
2、其输出波长较多，主要有 514.5nm和488.0nm两个蓝绿色 的谱线，是可见光区域中最强的激光器。 ；
RgX基态分子寿命极短，为 10-13s量级，它沿着自己的势 能曲线想核间距增大的方向移 动，直至最终离解成独立的原 子Rg+X。激发态RgX*能级寿 命为10-8s量级，比基态稳定， 因此很容易形成粒子数反转。
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三、基本结构
准分子激光器的结构
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1．功率特性：准分子基态的电子迅速排空造成激光下能级总