激光器原理图（CO2激光器原理第一节）

分子气体激光器利用分子的振动一转动能级之间的跃迁第一类分子激光器是振动一转动激光器它利用同一电子态(基态)的不同振动态的转动能级之间的跃迁，振荡波长在中红外或远红外波段(5-300 m)第二类分子激光器是电子—振动激光器，我来为大家讲解一下关于激光器原理图?跟着小编一起来看一看吧!

激光器原理图

分子气体激光器利用分子的振动一转动能级之间的跃迁。第一类分子激光器是振动一转动激光器。它利用同一电子态(基态)的不同振动态的转动能级之间的跃迁，振荡波长在中红外或远红外波段(5-300 m)。第二类分子激光器是电子—振动激光器。

CO2激光器是振动—转动分子激光器的代表。它的工作气体是CO2,N2和He的混合物。原子里的电子保留在基态，激光跃迁发生在CO2的不同振动态的两个转动能级之间。CO2激光器效率高,输出能量大,功率高。

可能的跃迁：

根据波函数对称性的要求，在电子基态上的振动和转动波函数应具有相同的对称性：对称振动的波函数是对称的，弯曲振动和反对称振动的波函数是反对称的。J为偶数的转动态的波函数是对称的，J为奇数的转动态的波函数是反对称的。因此，在0001能级上，J为偶数的转动能级是空的，在1000能级上，J为奇数的转动能级是空的。

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

与这类过程相对应的电子碰撞截面非常大。当电子能量为0.3eV时，峰值截面为510-10cm2。受到电子碰撞后被激发到高振动激发态的CO2分子中的很大一部分将通过振动模与振动模之间的能量交换（V-V迟豫），从激发态沿着能量阶梯跃落下来，很容易被长寿命的0001能级收集。

• 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u=1的能级所收集。N₂的u=1能级与CO₂的00⁰1能级仅相差18cm^-1(≈2.5´10^-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：

N₂(u=1) CO₂(00⁰1)®N₂(u=0) CO₂(00⁰1)-2.5´10^-3eV

因此，通过N₂分子的近共振能量转移来泵浦00⁰1能级是很有效的过程。

N₂是CO₂激光器中的能量转移气体。当E/N=2．6´10^-16Vcm²时，输入电功率的大部分被用于激发00⁰1能级。所以说CO₂激光器的效率是相当高的。

激光上下能级的寿命和下能级的排空

• CO₂各能级的自然寿命都很长。00⁰1能级的t_s=2´10^-3秒，10⁰0能级的t_s=1.1秒。这是因为，00⁰1®00⁰0是允许的光学跃迁，而10⁰0®00⁰0是禁戒的。这种情况对产生激光振荡十分不利。
• 在CO₂激光器中有多种气体成分存在，使不同能级的衰变主要取决于碰撞。
• CO₂分子的01¹0能级能否被尽快排空。实际情况是，01¹0能级使分子到基能级的衰变变慢，它的作用表现为一种瓶颈现象。
• He的存在将对01¹0能级的寿命产生很大影响。He与01¹0能级上的CO₂分子碰撞的结果使01¹0能级的寿命达到t=2×10^-5秒。
• He的存在不仅有助于抽空CO₂分子的激光下能级，满足实现激光连续振荡的条件。而且有助于让放电区的剩余热量传走 。

转动能级竞争

• 不同的振动能级之间的热平衡速率较小，约为10³秒^-1；而在同一振动态上的不同转动能级之间的热平衡速率很大，约为10⁷秒^-1)。于是，处在同一振动态的所有转动能级上的全部粒子都对具有最高增益的那个转动能级的激光跃迁有贡献。
• CO₂分子可以看作是一个“哑铃”形的刚性转子。转动量子数为J的转动能级上的平衡粒子数为：
• 在CO₂分子的00⁰1能级中，J=21的转动能级上的粒子数最多。
• CO₂激光器的结构
• CO₂激光器的种类多，应用广泛。从激光器的结构来看，CO₂激光器可分为 ：
• (1)纵向封离型激光器；(2)纵向流动激光器；(3)横向流动激光器；(4)横向激励高气压激光器(TEA)；(5)射频激励激光器；（6）波导CO₂激光器；（7）气动激光器。
• 下次讲CO2激光器原理第二节