激光器是利用受激輻射原理使光在某些受激發(fā)的物質(zhì)中放大或振蕩發(fā)射的器件。

用光、電及其他辦法對(duì)物質(zhì)進(jìn)行激勵(lì)，使得其中一部分粒子激發(fā)到能量較高的狀態(tài)，當(dāng)這種狀態(tài)的粒子數(shù)大于能量較低狀態(tài)的粒子數(shù)時(shí)，由于受激輻射，物質(zhì)就能對(duì)某一波長(zhǎng)的光輻射產(chǎn)生放大作用，也就是這種波長(zhǎng)的光輻射通過(guò)物質(zhì)時(shí)，會(huì)發(fā)射強(qiáng)度放大并與入射光波位、頻率和方向一致的光輻射，這種稱為激光放大器。

若把激發(fā)的物質(zhì)放置于共振腔內(nèi)，光輻射在共振腔內(nèi)沿軸線方向往復(fù)反射傳播，多次通過(guò)物質(zhì)，光輻射被放大許多倍，形成一束強(qiáng)度大、方向集中的光束“激光”，這就是激光振蕩器。

工作原理：CO2分子為線性對(duì)稱分子，兩個(gè)氧原子分別在碳原子的兩側(cè)，所表示的是原子的平衡位置。分子里的各原子始終運(yùn)動(dòng)著，要繞其平衡位置不停地振動(dòng)。根據(jù)分子振動(dòng)理論，CO2有三種不同的振動(dòng)方式：①二個(gè)氧原子沿分子軸，向相反方向振動(dòng)，即兩個(gè)氧在振動(dòng)中同時(shí)達(dá)到振動(dòng)的最大值和平衡值，而此時(shí)分子中的碳原子靜止不動(dòng)，因而其振動(dòng)被叫做對(duì)稱振動(dòng)。②兩個(gè)氧原子在垂直于分子軸的方向振動(dòng)，且振動(dòng)方向相同，而碳原子則向相反的方向垂直于分子軸振動(dòng)。由于三個(gè)原子的振動(dòng)是同步的，又稱為變形振動(dòng)。③三個(gè)原子沿對(duì)稱軸振動(dòng)，其中碳原子的振動(dòng)方向與兩個(gè)氧原子相反，又叫反對(duì)稱振動(dòng)能。在這三種不同的振動(dòng)方式中，確定了有不同組別的能級(jí)。

CO2激光管：是激光機(jī)中最關(guān)鍵的部件。常用硬質(zhì)玻璃制成，一般采用層套筒式結(jié)構(gòu)。最里面一層是放電管，第2層為水冷套管，最外一層為儲(chǔ)氣管。二氧化碳激光器放電管直徑比He-Ne激光管粗。放電管的粗細(xì)一般來(lái)說(shuō)對(duì)輸出功率沒(méi)有影響，主要考慮到光斑大小所引起的衍射效應(yīng)，應(yīng)根據(jù)管長(zhǎng)而定。管長(zhǎng)的粗一點(diǎn)，管短的細(xì)一點(diǎn)。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。加水冷套的目的是冷卻工作氣體，使輸出功率穩(wěn)定。放電管在兩端都與儲(chǔ)氣管連接，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，這樣就可使氣體在放電管中與儲(chǔ)氣管中循環(huán)流動(dòng)，放電管中的氣體隨時(shí)交換。

光學(xué)諧振腔：CO2激光器的諧振腔常用平凹腔，反射鏡用K8光學(xué)玻璃或光學(xué)石英，經(jīng)加工成大曲率半徑的凹面鏡，鏡面上鍍有高反射率的金屬膜——鍍金膜，在波長(zhǎng)10.6μm處的反射率達(dá)98.8%，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。二氧化碳發(fā)出的光為紅外光。所以反射鏡需要應(yīng)用透紅外光的材料，因?yàn)槠胀ü鈱W(xué)玻璃對(duì)紅外光不透。就要求在全反射鏡的中心開一小孔。再密封上一塊能透過(guò)10.6μm激光的紅外材料，以封閉氣體。這就使諧振腔內(nèi)激光的一部分從這一小孔輸出腔外，形成一束激光。

電源及泵浦：封閉式CO2激光器的放電電流較小，采用冷電極，陰極用鉬片或鎳片做成圓筒狀。30～40mA的工作電流，陰極圓筒的面積500cm2，不致鏡片污染，在陰極與鏡片之間加一光欄。泵浦采用連續(xù)直流電源激發(fā)。激勵(lì)CO2激光器直流電源原理，直流電壓為把市內(nèi)的交流電壓，用變壓器提升，經(jīng)高壓整流及高壓濾波獲得高壓電加在激光管上。

CO2激光器