二氧化碳激光器原理

深入了解二氧化碳激光器的工作原理

二氧化碳激光器，其独特的工作原理依托于气体放电引发的分子能级跃迁，并通过共振反馈机制产生特定波长的激光。这一核心机制可细分为以下几个方面：

一、工作物质与激发之源

在这独特的激光器内部，填充着CO气体，并混合了氮气（N）和氦气（He）等辅助气体。这些气体的典型比例约为CO:N:He = 1:0.5:2.5。是什么力量让这些气体活跃起来呢？答案是高压电流或辉光放电，它使气体电离，形成熠熠生辉的等离子体，进而激发CO分子至高能态。

二、能级跃迁与光子诞生

被激发的CO分子处于高能态并不稳定，它们会经历能级跃迁，回归低能态。在这一过程中，会释放出光子。这些光子在激光器的谐振腔内经历反复反射，引发受激辐射，形成相干光并持续放大。这种共振反馈机制使得光子得以大量产生并维持。

三、输出特性与效能展现

此激光器输出的激光为不可见的红外光，其波长集中在10.6μm附近。这一波长的激光有一个独特的特性，它可被水分子高效吸收。这种激光的能量转换效率高达25%，能够实现高功率的连续或脉冲输出，连续功率甚至可以达到20kW以上。

四、应用领域的基石

二氧化碳激光器产生的激光，当其聚焦时，会产生高温，足以汽化靶组织（如生物组织中的水分）。这使得它在医疗领域和工业加工领域都有广泛的应用。在医疗领域，它可以用于切割、汽化或凝固生物组织；在工业加工领域，它的应用更是广泛而深入。

二氧化碳激光器的工作原理是一个融合了气体物理、光学和应用的跨学科领域。其独特的机制使得它在许多领域都有着广泛的应用前景。