二氧化碳雷射

二氧化碳雷射於2023年首次運用其波長為10.6m。因為這是一種非常有效率的雷射，作為商業模型來說其轉換效率達到10%，所以二氧化碳雷射廣泛用於雷射切割，焊接，鑽孔和表面處理。

作為商業應用雷射可達45千瓦，這是目前最強的物質處理雷射。

1、運作原理

二氧化碳雷射是一種分子雷射。主要的物質是二氧化碳分子。它可以表現多種能量狀態這要視其震動和旋轉的形態而定。

基本的能量網狀見圖7。二氧化碳裡的混合氣體是由於電子釋放而造成的低壓氣體（通常30-50託）形成的等離子（電漿）。如麥克斯韋-波爾茲曼分布定律所說，在等離子裡，分子呈現多種興奮狀態。

一些會呈現高能態（001）其表現為不對稱擺動狀態。當與空心牆碰撞或者自然散發，這種分子也會偶然的丟失能量。通過自然散發這種高能狀態會下降到對稱擺動形態(10 0) 以及放射出可能傳播到任何方向的光子（一種波長10.

6m的光束）。偶然的，這種光子的一種會沿著光軸的腔向下傳播也將在共鳴鏡裡擺動。

圖.1 簡單的二氧化碳分子能量水平圖

大體上，二氧化碳雷射的工作物質是由二氧化碳、氦、氮氣所組成的混合物。氮氣作為緩衝氣體以及它的分子共鳴地傳遞刺激能量給二氧化碳分子。因為張弛水平（0110）是瓶頸，氦的作用是作為熱壑來傳遞能量給水平（0110）給氦原子。

2．二氧化碳雷射的種類

廢熱被拒的方式對雷射系統設計有很大的影響。原則上，有兩種可能的方式。第一種方式是基於自動處理自然擴散熱氣到管牆，運作原理就是密封和慢軸流雷射。

第二種是基於氣體強迫對流，其運作原理就是快軸流雷射。

大體上，主要有五種二氧化碳雷射：

密封式或無流式

慢軸流快軸流快速橫向流

橫向激勵大氣（tea）

密封或無流式二氧化碳雷射通常以用於光束偏轉雷射做記號。它的放電管完全被封住。這種雷射束的質量非常好。

而且在大多數情況下整個放電管可以換新舊的可以重新灌氣所以容易保養。這樣就無需使用分離式的氣體**系統。只需要在雷射頭做較少的連線。

所以它既緊密且輕巧。但是其能量輸出較低（通常少於200瓦）。

tea二氧化碳雷射通常應用於防護罩製作。只能在脈衝形勢下操作。氣流低且氣壓高。

其激勵電壓大概在一萬伏。這種雷射束能量分布在相對的大區域是統一的。它的最高能量最高可以達到10瓦而且其脈衝寬度非常小。

儘管如此，由於多狀態運轉所以這種形式的雷射很難在小點上集中。

3．幫浦的電源**

對於cw二氧化碳雷射而言，總體上說主要有三種給幫浦供電的方式。例如：直流電（dc）、高頻（hf）、射頻（rf）。

直流電供電設計最簡單。在高頻率供電式中電子在頻率20-50千赫茲之間交替。相對直流電而言，高頻供電在大小上緊密而且較高效率。

射頻供電中電子在頻率2至100兆赫茲之間交替。與直流電相比，其電壓和效率都較低。