实验一CO2激光器及激光扫描实验
一、实验目的1、了解CO2激光器的工作原理及典型结构；2、掌握CO2激光器的输出特性；3、掌握CO2激光器的使用方法；4、掌握激光扫描及FTheta镜的工作原理。
二、实验器材CO2激光管1支，激光电源1台，功率计1台，水冷系统1套，扫描系统1套，控制器
1套，计算机1台三、实验原理1、CO2激光器工作原理
CO2激光器的工作气体是CO2、N2和He的混合气体。波长911um间，处于大气传输窗口（吸收小，225um35um814um）。利用同一电子态的不同振动态（对称、弯曲和反对称振动）的转动能级间的跃迁。
图1CO2激光器典型结构CO2激光器由工作气体、放电管、谐振腔和电源等组成。放电管大多采用硬质玻璃如
GG17制成，放电管的内径和长度变化范围很大。为了防止内部气压和气压比的变化而影响
器件寿命，放电管外加有贮气管。为了防止发热而降低输出功率，加有水冷装置。激光器的输出功率随着放电管长度加长而增大。
CO2激光器中与激光跃迁有关的能级是由CO2分子和N2分子的电子基态的低振动能级构成的。CO2振动模型如图1所示。
激光跃迁主要发生在00011000和00010200两个过程，分别输出106um和96um。
激光低能级100和020都可以首先通过白发辐射到达0l0，再次通过自发辐射到达基态000，但由于自发辐射的几率不大，远不如碰撞驰豫过程快，其主要的驰豫过程如图2。
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fCO2分子反对称振动图1CO2分子振动模型
图2CO2分子能级跃迁过程其中前两个过程进行得很快，而后两个过程进行得很慢，故分子堆积在010能级上，形成瓶颈效应，而使粒子数反转减小，特别是温度升高时，由热激发而使010能级上分子增加，造成粒子数反转的严重下降，甚至停振，最后一个式子中的M代表辅助气体。如果选择恰当的气体常见的如H2O和H2作为辅助气体，可促进010能级上分子的弛豫过程。另外由于010能级上的分子扩散到管壁上会引起消激发，这就使器件的管壁不能太粗。另外，为了增加气体的热导率，通过在气体中加入He气，可实现对放电管的冷却，同样使气体流动，都是降低温的好办法。气体中一般还需要加入N2气，利用其v＝1能级与CO2分子的001能级相差较小，可以实现共振转移，选择性激励co2分子进入001态，特别由于N2气的v1态不能通过自发
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f辐射跃迁回带到基态，故增大了共振转移的几率。泵浦过程：
1）电子碰撞激发
eCO20000CO20001e
受到电子碰撞的CO2分子被激发到高振动激发态通过振动模间能量交换，被能级0001收集。2）N2分子共r