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青岛激光打标机YAG、CO2激光器原理分析

时间:2020-5-23 11:06:00      来源:http://qingdao.qdmingzu.com/news381601.html

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       淄博青岛激光打标机YAG、CO2激光器原理分析

  Nd: YAG激光器是固态晶体激光器的一种,它采用 Nd: YAG晶体棒作激光介质。Nd: YAG晶体是将激光介质钕(Nd)原子掺在生晶体钇铝石榴石(YAG)中, Nd原子在YAG中的最佳含量约为总重量的1%。所以, Nd: YAG晶体的全称是掺钕钇铝石榴石晶体。Nd: YAG晶体一般被制作成棒状 ,这种材料的制作是很困难的,且价格昂贵。但由于它具有良好的光学性能、机械性能和热学性能,所以是高功率激光器的最佳选材之一。之所以采用氪灯作为激励用的泵浦源,因为它可以发出波长为0.73μ m和0.8μ m的光线,用这-波长的光来激励Nd原子是最为有效的。将Nd: YAG晶体棒与氪灯并排放置在-个椭圆型的光学腔内,光学腔的内表面形状是经过精心设计的,以便保证氪灯发出的泵浦光能够全部聚集到


  d: YAG晶体棒的中心轴上。由一个反射率为100%的反射镜作后镜,前镜的反射率为精心设计的90% ( 过率为10% ),它们共同组成光学谐振腔,以实现光学谐振。

  Nd (钕)原子的能量转移过程分为四步(在图1.7中对这-过程有详细的描述) ,第一步: Nd原子在氪灯发出的波长为0.73μ m和0.8μ m泵浦光的激励下,处于基态的Nd原子跃迁到两个上能级中的一个,原子在这里的上能级寿命非常短,大约只有10-7 秒,这里称这一能级为激发态;第一步:原子在激发态迅速地进行一-次无发射的跃迁,到达另一个上能级,原子在这里的上能级寿命较长,大约为10-4 秒,这一能级称为亚稳态,原子这里形成粒子数反转;第三步:当原子在这里受激而跃迁到达下能级时,就会发射出波长为1.06μ m的光子,这就是激光;第四步:原子在这里再发生一次无发射的跃迁到达基态,准备重复上述过程。

   CO2 激光器原理

  CO2是三原子结构的线性分子,它有三种振动方式,如图1.8所示。第一种叫做对称振动(如图1.8a所际),对应的振动能量叫做对称振动能量,其能级相应地称为对称振动能级。第二种叫做反对称振动(如图1.8b所示),其对应的振动能量叫做反对称振动能量,其能级相应地被称为反对称振动能级。第三种叫做形变振动,又叫弯曲振动(如图1.8c 及c所示),这种振动有上下、前后两种形式,这种振动的能量叫做形变振动能量, 能级被称为形变振动能级。


  CO2分子有几个上能级, 其中只有一个上能级在跃迁时可以产生波长为10.6μ m的激光我们不妨把这-能级叫做激光能级(属于反对称振动能级)。由于CO2分子的上能级寿命长,且CO2激光器的激光能级与基态靠得很近,从而使它有高的效率、低的激励能量,并且很容易获得并积聚大量的受激分子,从而得到高功率、高效率的激光器。建立CO2激光器能级间粒子数反转, 把分子激发到高能级, 一般有以下几个基本过程:

  1.电子直接激励:放电中具有-定动能的电子同处于基态的CO2分子碰撞,把分子从基态直接激发到激光能级。

  2.串级跃迁:处于比激光能级更高的其它反对称上能级也和基态能级有联系,因此动能较高的电子和基态的CO2分子相碰撞时,,也能把分子激发到这些能

  级上去,在这些能级上的分子很容易跃迁到激光能级上来,这是因为它们都,是反对称振动能级,而激光能级又是其中最低的一个。在较高能级的分子是不稳定的,它们总是力图向较低能级跃迁,因此在激光能级就会积聚大量的粒子,这就是所谓串级跃迁。

  3.谐振碰撞处于更高反对称振动能级上的分子还可以通过与基态CO2分子的碰撞,把能量交给后者使其激发到激光能级,而自己成为低一级的反对称振动能级分子。这一类碰撞是谐振的,发生的几率很大,对增加激光能级的粒子数有很大的贡献。

  4.复合过程:在CO2分子放电过程中,有部分CO2分子分解为CO和0 ,同时也存在部分CO和0复合成CO2分子的过程,在它们复合时会把原来分解时吸收的能量放出,因此复合而成的CO2分子就会被这部分能量激发到激光能级。

  以上这四种基本过程是CO2分子被激发到激光能级去的四条途径。另外,为实现粒子数反转以便产生受激辐射,还必须抽空下能级。CO2激光器按激励方式可分为横向激励激光器、气动激光器、化学激励激光器、射频激励激光器,等等。

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