教学激光器使用说明

第一篇：教学激光器使用说明

教学激光器使用说明

图0

整机照片 1．部分连接

a.二极管激光器连接 黑色电源盒

图 1 银色二极管激光器

图2 将电源线连接至电源盒，另一端带特殊插口的连接至半导体而激光激光器（如上图2），将插头插在插座上，按on，电源工作，如图2，此时，旋转current set旋钮增大电流即可得到808nm激光输出，测试注意在出光方向用金属块阻挡光光束，否则容易伤人。功率输出已经设置了最高上限，因此不必担心电流会加过允许值。

b．指示（准直光调试）

图 3 图3左侧黄色变压器为指示光源电源，设置输出为3V，右侧镜架重为小型二极管激光器，发射红光，其线已连接好，只需将变压器一段与小二极管连接即可。

图4 光学元件图 2．红外光（1064nm）调试

a.泵源调试: 先把滑轨上最大的滑块放在滑轨最右端，滑轨和滑块的右端都重合。此时再如图2将半导体二极管激光器固定在滑轨上，两颗螺钉的位置已经给定，安装时注意使得出射的二极管激光尽量沿导轨滑动方向直线射出，以便于后续调节。可将电流开至用白纸刚好可见的程度，可以看见打在白纸上的红色光斑。

b.准直光调试: 先将准直光源如图3中所示连接并装到相应的镜架上，镜架上已经用黄色胶带贴上了，因为高度出厂时已调过，千万不要使用别的镜架，然后打开电源，此时调节镜架旋钮使得出射光对准泵源出射口的中心（如图5中小红点所示区域中心），这是为了使得泵光和指示光共线。

图5 b.聚焦镜安装: 聚焦镜支架为铁块，已经粘在滑块上，若运输途中脱落，需要重新使用硬胶进行粘接，粘接使使得其如下图方式，并且其靠外的一面与滑块平齐。然后将聚焦透镜如图5所示吸附在上，调节经过聚焦的泵浦光与准直光共线

c.激光晶体安装: 将激光晶体与其底座滑块放在滑轨上，此时再加大激光功率，来回移动晶体位置，可看到泵光入射端出现白色荧光，精细调节晶体位置至荧光最亮，同时使得被晶体靠准直光一端的表面反射的部分准直光其反射点回到出射位置或者稍微偏一点（1-2mm），如下图示，然后固定晶体，调低泵光输出。

准直光出光口中心反射光

d.泵光方端镜安装: 将镜子从透镜纸包中取出，查看侧面标记

看到如上图表及，则尖端所指为镀膜面，使得镀膜面朝向晶体，安装到相应镜架上（与前项似，镜架上标有标签），镜架方向参考图0，使得此镜尽量贴近激光晶体，固定位置。并调节反射光点，使得其返回出射位置，与调节激光晶体时相同

e.后端镜安装：后端镜选择10%1064nm输出镜(图4)，安装在镜架上，镀膜面朝向激光晶体，尽量靠近激光晶体,并调节反射光点回到与前述激光晶体和泵光方端镜反射点同样的位置，尽量重叠，固定镜架。

f.出光: 确认所有光学元件都调节固定完毕后，在输出端镜和准直光源之间挡上一小金属块保护准直光源。然后增加泵光输出至2，用摄像头或者拍照手机，数码相机观察金属块表面，此时，微调后端镜两旋钮，可看到亮白色细小的圆形光点，此即为1064nm输出光，然后可以反复优化两个端镜直至输出最大，如果始终没有出光，说明激光腔失谐较厉害，请重新校准。3．绿光调试

如果1064nm激光已经可以输出则绿光很容易获得，首先，降低泵光输出 a． 将ktp晶体（倍频晶体）安装在相应镜架上，并如图0方向安装，同样要求反射光点返回出射如今位置，如红外光调节时一样。Ktp晶体的方向如下图所示，准直光应尽量靠近ktp的中心穿过。

b．将后端镜中的镜片换成图4中的’绿光输出’镜，镀膜面朝向腔内。然后调节方法如调节红外光调试种的e项。c． 绿光出光: 固定好后，同样用金属块，最好是铝块保护准直光，此时再加大泵光功率至2，调节后端镜，（因为在调节1064nm时前端镜已经优化过，最好不要再调节），此时可看到绿光，优化后端镜至绿光最亮，如下图所示

此激光器输出后固定紧各旋钮后可以拆掉准直光源，为其他激光实验的光源。

注意事项

1.严禁使激光直接入射到准直光内，否则会造成准直激光损坏。

2.严禁长时间直视强绿光和红外光，会损伤眼睛 3.光学表面（晶体表面和镜面）应保持清洁。

第二篇：教学科研用激光器

教学科研用激光器

我公司是一家专业从事半导体激光产品研发、设计和生产的高新技术企业。我公司面向国内外激光、光电子市场，重点针对半导体激光应用领域，先后开发了点光源、线光源、十字光源等几大类数百种产品。重点在实验室教学，激光指示等领域开发了种类繁多的半导体激光器。半导体激光器体积小，重量轻，可靠性高，能直接调制，并且价格低廉，使用安全。

在使用时，不是功率越大越好，要看工作环境需要！①大功率亮度高，可在强光下工作，但是精度差！

②小功率亮度小，在光线一般的情况下，线的精度高!Cmj 在基础物理光学实验，激光测量，指示等方面得到良好的应用。尤其，教学专用激光光源可以为教学及实验演示激光系统提供高品质激光器。主要产品：有532nm.635nm.650nm670nm波长的激光光源，其中，教学专用激光光源可以为教学及实验演示激光系统提供高零贰玖陆捌伍捌一柒零倚品质激光器。为教学和科研方面带来了很大的便捷，也提高了教学以及科研的速率与成效。具体参数可按客户的需求定制。

温馨提示：客户预定前务必先确定工作距离「即激光孔到工作面的垂直距离」以及工作场所光线度。请联系我们或咨询客服！！Warm prompt: the customer reservation first it is important to make sure the working distance "the laser aperture to the vertical distance of working face and the workplace light degree.Please contact us or consult customer service！！！！！!

第三篇：可调激光器小结

可调激光器小结

1。引言

在当今的光网络市场，由那种对数据（速率/容量）永不知足的需求引起的信息爆炸，或者说是对通信的需求，要求光器件能提供更大的网络灵活性和降低网络成本。经过长期的发展，可调激光器现今已能满足这些要求，同时开始为那些把它们推向市场的公司带来可观的利润。结果使许多的组织致力于可调激光器的开发。

今天，固定波长激光器正在被可调激光器的有限的波长配置取代。但是，这些激光器的调谐范围很小，也就是说，要得到一定的调谐范围需要多个的可调激光器。到今年年底，我们可望看到宽可调激光器被应用到波长路由中。到2002年，当它们的成本降到一个可以承受的水平是，宽可调激光器将开始取代固定波长激光器。

2。困难

虽然它们的前景是很乐观，但在大规模应用之前还有很多的工作要做。最大的障碍是fullTelcordiaqualification,或者说Bellcorecompliance.虽然在做可靠性和寿命测试的同时，电信服务提供商将会采用具有可调激光器的通信系统。但是，在所有这些测试完成之前，他们是不会大规模采用的。已经有提供商宣称他们2000年年底完成了这些测试。

3。主要技术

开发可调激光器的技术现在主要有以下四种，他们各有优势并且用处各异：

DFBLaser---deployedinsparingapplication;

DBRLaser---alsodeployedinsparingapplication;

ExternalCavityDiodeLaser(ECDL)---usedintestandmeasurementequipment;

VCSEL---stillneedtobeadaptedinthefield

这些技术都不可能单独占领整个市场，它们只能各自占领一部分。根据具体的网络结构和要求，它们将找到各自的应用市场。

4。推动因素

推动可调激光器发展的因素主要是它在光网络中的应用。如下；

instrumentation&systemtest

sparing

hotbackup

fixed-wavelengthlaserreplacement

reconfigurableOADM

OXC

fastpacketswitching

随着新应用（动态OADM，OXC，波长路由）的成熟，可调激光器将在光网络中起显著的作用。在未来的几年，可调激光器的市场将快速增长。到2003年，就整个DWDMlasersource而言，可调激光器预计将占到四分之一。

可调激光器小结

说得很好，但是据说ADC和NOTEL已经把他们的可调激光器部门关闭了，单个可调激光器在应用上功能单一，现在很多厂商把调制器、衰减器、还有输出功率检测都集成在一个器件上了。这才是未来的发展方向。

HAWK兄，但是市场的需求量暂时不会大到占四分之一的份额。除了价格因素、可靠性、技术水平外，光纤中的CHANNEL还没完全使用也大大影响TLS的应用。

可调激光器

supplement:

Tunablelasersuseavarietyofstructuresandtuningmethods

ThermallytunedDFBs–singlechiporthreesectionDFBarrays

DBRs–DistributedBraggReflectorchips–currenttuned

SGDBRs–SampledGratingDBRs–currenttuned

VCSELs–VerticalCavitySurfaceEmittingLasers–MEMStuning

ECLs–ExternalCavityLasers–mechanicallytuned

第四篇：教学指南使用说明

沁阳市中小学

《学科教学指南》使用说明

中小学《学科教学指南》（2010---2011上学期）是沁阳市教育局为推进全市课堂教学改革组织城区部分中小学优秀教师和永威学校教师利用2010年暑假合作编写的的教案集。《指南》编写采用了“先学后教

当堂训练”的课堂教学模式，体现了“自主、合作、探究”的课改理念，对中小学课堂教学改革具有普遍的指导意义，对全面提高中小学教育教学质量必将产生巨大的推动作用。

现将初中各学科（初三英语暂缺）和小学语文、数学、英语各科教案电子文档在公用邮箱公布，供各单位在新学期下载使用。使用《指南》过程中应注意以下几点：

1.应充分发挥学科集体备课组的作用，组织学科教师对教案集进行学习、讨论、研究，准确把握编写思想与意图，了解课堂的基本组织形式，并研究分析每一节课的内容和安排，准确把握每节课的目标和实施途径，合理使用教学手段辅助教学。

2.应根据本校学情实际，在共同研讨的基础上，可对教案进行合理增删，通过集体备课，形成适合本校实际的正式教案，在学校推广使用，杜绝“另起炉灶”或“全盘照搬”两个极端。3.应根据全市统一安排，积极组织教师参加教研培训中心组织的与《指南》有关的各种研讨、论坛、交流活动，提高教师对《指南》的认识水平和使用操作能力。

4.鼓励中小学教师在《指南》使用过程中对发现的问题，产生的疑惑与教研培训中心进行交流、沟通，鼓励中小学教师在使用过程中总结出新经验、新思考形式文字材料，参与全市研讨交流，教研培训中心将把《指南》的推广使用列入本教科研课题规划，推进《指南》的科学推广。

沁阳市教研培训中心

2010年8月

第五篇：二氧化碳激光器小论文

目录

摘要...............................................................................................................1 关键词...........................................................................................................1 1引言............................................................................................................1 2激光............................................................................................................2 2.1激光产生的三个条件.............................................................................2 2.2激光的特点.............................................................................................2 2.3激光器.....................................................................................................3 3 CO2激光器的原理.....................................................................................5 3.1 CO2激光器的基本结构..........................................................................5 3.2 CO2 激光器基本工作原理....................................................................7 3.3 CO2激光器的优缺点..............................................................................8 4 CO2激光器的应用.....................................................................................9 4.1军事上的应用.........................................................................................9 4.2医疗上的应用.......................................................................................10 4.3工业上的应用.......................................................................................12 5 CO2激光器的研究现状与发展前景.......................................................14 5.1 CO2激光器的研究现状........................................................................14 5.2 CO2激光器的发展前景........................................................................15 参考文献.....................................................................错误！未定义书签。

摘要：本文从引言出发介绍了CO2激光技术的基本情况，简单介绍了激光和激光器的一些特点，重点介绍了气体激光器中的CO2激光器的相关应用，目前CO2激光器是用最广泛的激光器之一，它有着一些非常突出的高功率、高质量等优点。论文首先介绍了应用型CO2激光器的基本结构和工作原理，着重介绍了应用型CO2激光器在军事、医疗和工业三个主要领域的应用，最后介绍应用型CO2激光器的研究前景和现状。通过这些介绍使得人们能够加深对CO2激光器的了解和认识。

关键词: CO2激光器； 基本原理； 基本结构； 应用；

Abstract: in this paper, starting from the introduction introduces the basic principle of CO2 laser technology, introduce some characteristics of the laser and laser, gas laser is mainly introduced the related application of the CO2 laser, CO2 laser is currently one of the most widely used laser, it has some very prominent advantages of high power and high quality.Paper first introduces the applied the basic structure and working principle of CO2 laser, emphatically introduces the application of CO2 laser in the three major fields of military, medical and industrial applications, finally introduces applied research prospects of CO2 laser and the status quo.Through introducing the enables people to deepen understanding of CO2 laser and cognition.Key words: CO2 laser;The basic principle;The basic structure;Application;引言 1964年由Patel在CO2气体放电中，获得了波长在10.4微米和9.4微米附近的连续激光输出，世界上第一台CO2分子的激光器诞生了。它有比较大的功率和比较高的能量转换效率。它是利用CO2分子的振动-转动能级间的跃迁的，有比较丰富的谱线，在10微米附近有几十条谱线的激光输出。其在工业、军事、医疗、科研等方面得到了广泛的应用，给我们的实现生活带了许多便利。

1966年气动CO2激光器诞生了，从此CO2激光器受到了极大的关注。由于激光技术中气动技术的引进，CO2激光器开辟了广阔的运用前景。伴随着科学技术的进步，世界各国的激光技术也得到了相应的发展，二氧化碳激光器是目前连续输出功率较高的一种激光，它发展较早，商业产品较为成熟，被广泛应用到材料加工、医疗使用、军事武器、环境量测等各个领域。在激光的发展和应用方面，CO2激光器的制作和应用较早也较多，早在1970年代末期，就有从国外直接进口CO2激光器，从事工业加工和医疗等应用。从80年代末期开始，CO2激光器被广泛引进并应用在在材料加工领域。

本文主要介绍的CO2激光器的基本原理和基本结构，并着重从三个方面介绍了CO2激光器的应用，最后介绍了CO2激光器的研究现状和发展前景。激光

激光的最初的中文名叫做“镭射”或“莱塞”，是它的英文名称LASER的音译，是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词头一个字母组成的缩写词。意思是“通过受激发射光扩大”。激光的英文全名已经完全表达了制造激光的主要过程。1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称“激光[1]。2.1激光产生的三个条件

激光产生的三个条件如下：

(1)有提供放大作用的增益介质作为激光工作物质，其激活粒子（原子、分子或离子）有适合于产生受激辐射的能级结构；(2)有外界激励源，将下能级的粒子抽运到上能级，使激光上下能级之间产生粒子数反转；(3)有光学谐振腔，增长激活介质的工作长度，控制光束的传播方向，选择被放大的受激辐射光频率以提高单色性[2]。

2.2 激光的特点

激光与普通意义上的光源相比较激光主要有四个特点：方向性好、[3]亮度极高、单色性好、相干性好。

2.3 激光器

激光器是一种能发射激光的装置。1954年制成了第一台微波量子放大器，获得了高度相干的微波束。1958年A.L.肖洛和C.H.汤斯把微波量子放大器原理推广应用到光频范围，并指出了产生激光的方法。1960年T.H.梅曼等人制成了第一台红宝石激光器。1961年A.贾文等人制成了氦氖激光器。1962年R.N.霍耳等人创制了砷化镓半导体激光器。以后，激光器的种类就越来越多。除自由电子激光器外，各种激光器的基本工作原理均相同，产生激光的必不可少的条件是粒子数反转和增益大过损耗，所以装置中必不 可少的组成部分有激励（或抽运）源、具有亚稳态能级的工作介质两个部分。激励是工作介质吸收外来能量后激发到激发态，为实现并维持粒子数反转创造条件。激励方式有光学激励、电激励、化学激励和核能激励等。工作介质具有亚稳能级是使受激辐射占主导地位，从而实现光放大。激光器中常见的组成部分还有谐振腔，但谐振腔（见光学谐振腔）并非必不可少的组成部分，谐振腔可使腔内的光子有一致的频率、相位和运行方向，从而使激光具有良好的方向性和相干性。而且，它可以很好地缩短工作物质的长度，还能通过改变谐振腔长度来调节所产生激光的模式（即选模），所以一般激光器都具有谐振腔[4]。激光器的种类是很多的。下面，将分别从激光工作物质、激励方式、运转方式等几个方面进行分类介绍[5]。

(1)按工作物质分类

根据工作物质物态的不同可把所有的激光器分为以下几大类：①固体（晶体和玻璃）激光器；②气体激光器，而进一步区分为原子气体激光器、离子气体激光器、分子气体激光器、准分子气体激光器等；③液体激光器，这类激光器所采用的工作物质主要包括两类，一类是有机荧光染料溶液，另一类是含有稀土金属离子的无机化合物溶液；④半导体激光器；⑤自由电子激光器。

(2)按激励方式分类

①光泵式激光器；②电激励式激光器；③化学激光器；④核泵浦激光器。

(3)按运转方式分类

由于激光器所采用的工作物质、激励方式以及应用目的的不同，其运转方式和工作状态亦相应有所不同，从而可区分为以下几种主要的类型。①连续激光器；②单次脉冲激光器；③重复脉冲激光器；④调激 光器；⑤锁模激光器；⑥单模和稳频激光器；⑦可调谐激光器。CO2激光器的原理

3.1 CO2激光器的基本结构

图1 CO2激光器基本结构

如图1所示是为一种典型的CO2激光器结构示意图。构成CO2激光器谐振腔的两个反射镜放置在可供调节的腔片架上，最简单的方法是将反射镜直接贴在放电管的两端。基本结构： ① 激光管

激光器中最关键的部分。通常由三部分组成（如图1所示）： 放 电空间（放电管）、水冷套（管）、储气管。

放电管通常由硬质玻璃制成，一般采用层套筒式结构。它能够影响激光的输出以及激光输出的功率，放电管长度与输出功率成正比。在一定的长度范围内，每米放电管长度输出的功率随总长度而增加。一般而言，放电管的粗细对对输出功率没有影响。

水冷套管的和放电管一样，都是由硬质玻璃制成。它的作用是冷却工作气体，使得输出功率稳定。

储气管与放电管的两端相连接，即储气管的一端有一小孔与放电管相通，另一端经过螺旋形回气管与放电管相通。它的作用是可以使气体在放电管中与中循环流动，放电管中的气体随时交换。

② 光学谐振腔

光学谐振腔由全反射镜和部分反射镜组成，是CO2激光器的重要 组成部分。光学谐振腔通常有三个作用：控制光束的传播方向，提高单色性；选定模式；增长激活介质的工作长度。

最简单常用的激光器的光学谐振腔是由相向放置的两平面镜（或球面镜）构成。CO2激光器的谐振腔常用平凹腔，反射镜采用由K8光学玻璃或光学石英加工成大曲率半径的凹面镜，在镜面上镀有高反射率的金属膜——镀金膜，使得波长为10.6μm的光反射率达98.8％，且化学性质稳定。我们知道二氧化碳发出的光为红外光，因此反射镜需要应用透红外光的材料。因为普通光学玻璃对红外光不透，就要求在全反射镜的中心开一小孔，再密封上一块能透过10.6μm激光的红外材料，以封闭气体，这样就使谐振腔内激光的一部分从这一小孔输出腔外，形成一束激光。

③电源及泵浦

泵浦源能够提供能量使工作物质中上下能级间的粒子数翻转。封闭式CO2激光器的放电电流较小，采用冷电极，阴极用钼片或镍片做成圆筒状。30～40mA的工作电流，阴极圆筒的面积500cm2，不致镜片污染，在阴极与镜片之间加一光栏[6]。

3.2 CO2 激光器基本工作原理

如下图2所示为CO2激光器的产生激光的分子能级图。从图2中可以分析得到CO2激光的激发过程，主要的工作物质由CO2，氮气，氦气三种气体组成。其中CO2是产生激光辐射的气体、氮气及氦气为辅助性气体。加入的氦有两个作用：一个是可以加速010能级热弛预过程，因此有利于激光能级100及020的抽空；另一个是实现有效的传热。氮气的加入主要在CO2激光器中起能量传递作用，为CO2激光上能级粒子数的积累与大功率高效率的激光输出起到强有力的作用。

泵浦采用连续直流电源激发。它的直流电源原理：直流电压为把接入的交流电压，用变压器提升，经高压整流及高压滤波获得高压电加在激光管上[7]。

图2 CO2分子激光跃迁能级图

CO2激光器是一种效率较高的激光器，不易造成工作介质损害，发射出10.6μm波长的不可见激光，是一种比较理想的激光器。按气体的 7 工作形式可分为封闭式及循环式，按激励方式分电激励，化学激励，热激励，光激励与核激励等。在医疗中使用的CO2激光器几乎百分之百是电激励[8]。

CO2激光器的基本工作原理：与其它分子激光器一样，CO2激光器工作原理其受激发射过程也较复杂。分子有三种不同的运动，即分子里电子的运动，其运动决定了分子的电子能态；二是分子里的原子振动，即分子里原子围绕其平衡位置不停地作周期性振动——并决定于分子的振动能态；三是分子转动，即分子为一整体在空间连续地旋转，分子的这种运动决定了分子的转动能态。分子运动极其复杂，因此能级也很复杂。

CO2激光器产生激光：在放电管中，通常输入几十mA或几百mA的直流电流。放电时，放电管中的混合气体内的氮分子由于受到电子的撞击而被激发起来。这时受到激发的氮分子便和CO2分子发生碰撞，N2分子把自己的能量传递给CO2分子，CO2分子从低能级跃迁到高能级上形成粒子数反转从而产生激光[9]。

3.3 CO2激光器的优缺点

与其它激光器相比，CO2激光器有着以下优缺点，如下：

优点：具有较好的方向性、单色性和较好的频率稳定性。而气体的密度小，不易得到高的激发粒子浓度，因此，CO2气体激光器输出的能量密度一般比固体激光器小。缺点：CO2激光器的转换效率是很高的，但最高也不会超过40％，这就是说，将有60％以上的能量转换为气体的热能，使温度升高。而气体温度的升高，将引起激光上能级的消激发和激光下能级的热激发，这都会使粒子的反转数减少。并且，气体温度的升高，将使谱线展宽，导致增益系数下降。特别是，气体温度的升高，还将引起CO2分子的分解，降低放电管内的CO2分子浓度。这些因素都会使激光器的输出功率下降，甚至产生“温度猝灭”[10]。CO2激光器的应用

4.1 军事上的应用

激光技术在军事上应用中，在这近几年里，CO2激光器在这方面得到了稳步的发展。

激光武器作为一种新概念武器,与传统常规武器相比,以其速度快,方向性好,能量密度高,作战耗费比高等优点,成为新世纪武器中的新宠.高能激光武器在军事应用的方面扮演着越来越重要的角色,代表着未来武器的发展方向,将彻底改变目前的战场环境和作战方式,使未来战争的形态发生了深刻变革.高能气动CO2激光器输出功率大,曾被各国设计用于研制高能激光武器

[11]。

激光导弹防御或称激光反导的基本特征是：用由光速的高能激光去摧毁声速运行的导弹或其它飞行固体。我们可以说这方面是CO2激光器的天下，因为它有一些突出的优点。目前在陆军中采用的陆基小型激光反导系统、空军采用的机载激光反未来的CO2激光武器主要的特点是超高功率和高便携性。高能激光器是未来战斗系统的重要组成部分，将在反监视、主动保护、防空和清除暴露地雷等方面做出贡献。高便携性将使单兵作战的能力大极大的提高，充分发挥每一个兵的作用，当然目前这个想法还是仅仅处于理论阶段。目前各国的激光武器 都朝着这个方向努力，当然这个实导系统和海军采用的舰载激光反导系统中都是使用高能CO2激光器[12]。未来的CO2激光武器将向着高功能、便携式、杀伤力强发展。如图3所示：

图3 CO2激光器军事上的应用

4.2 医疗上的应用

近20年来激光技术在医疗有着飞速的进步，许多疾病和先天性的疾病都可以被成功地根治。

CO2激光手术采用的是自由光束CO2激光器，通常都是采用光束与皮肤组织非接触的方式，比常规手术提供了更多便利的条件，包括减少机械损伤，增加周围组织被保护等，并且更易保持无菌手术，与其他激光手术相比，CO2激光手术刀具有切割能力强，组织吸收系数大，组织穿透浓度较小（约0.23mm），手术时不易伤及动脉血管等，使得连续CO2激光被大量用于外科手术临床治疗。

但是连续CO2在临床上对组织的损伤属非选择性的，手术治疗后常常伴随着皮肤疤痕等副作用。对病灶进行的切割或气化时也有不同程度地损伤正常组织，因而不能适用于有较高要求的手术治疗，这种情况严重地限制了CO2激光在医疗中的进一步应用。

1983年，Aderson和Parrish提出了“选择性光热作用”原理，以进行激光的无损伤治疗。这一原理的要点是：当激光通过正常组织到达病变靶组织时，应使靶组织对激光的吸收系数大于正常组织，其反差愈大愈好，以便在激光破坏靶组织时，不伤及正常组织；靶组织的热弛豫时应大于激光的脉冲宽度或作用时间，使靶组织在激光加热过程中，来不及将热量向周围正常组织扩散，以保护周围正常组织。

基于“选择性光热作用”原理，90年代后出现了以超脉冲CO2激光治疗机为代表的高能量脉冲医疗设备，并得到成功的应用，使得要求较高的应用领域得到突破性进展，特别是激光美容方面独占鳌头。发展前景十分广阔。

超脉冲CO2激光器采用先进的脉冲技术和PWM电源控制技术，不仅能在极短时间内提高了激光输出的峰值功率，向靶组织提供足够的能量，而且可以通过PWM信号精确控制每个脉冲的宽度和脉冲重复频率。通过计算靶组织的热弛豫时间，控制脉冲宽度可实现最佳手术效果。如毛细血管的热弛豫时间约为10μs，要求脉宽小于10μs；皮肤组织的热弛豫时间大致为1 ms，要求做皮肤磨削除皱的激光仪的脉宽小于1 ms。现代激光仪与10余年前的激光仪的最大区别正是在于对脉宽的精确控制，这是现代激光治疗安全性的根本保证。

超脉冲CO2激光治疗机不但有连续CO2激光手术刀的共同特点，还具有本身的优点，可输出高能量高重复频率的的脉冲激光，可满足“激光选择性光热作用”的操作要求，可以迅速有效地去除病变靶组织，最 大限度地减少激光对正常组织的损伤，大大提高了医学临床的准确性和安全性。临床实践证明，在进行同一种手术时脉冲激光所使用的激光功率要比连续激光低得多，因而由激光手术引起的组织反应较轻，对周围组织的损伤小，也缩短时间，治疗时产生烟雾少，视野清晰。

超脉冲CO2激光器已经广泛应用于耳鼻喉科（Otorhinolaryngology），妇科医学（Gynecology），神经外科（Neurosurgery），一般手术（General Surgery），美容学（Aesthetics）。微桥点阵治疗（Bridge Therapy）技术推出者Lumenis医疗激光公司已经研究并生产了各种CO2激光治疗仪，像NovaPulse Series可用于耳鼻喉科和美容学，其他还有波兰的CTL公司生产的MODEL CTL1401是一款手术仪，日本NANO LASER的GL－Ⅲ可用于口腔科的CO2激光治疗仪，目前国内已有5个国家级激光技术研究中心，十几个产品研发机构。医疗激光设备生产企业主要集中在上海，武汉，长春，北京，成都等城市或是周边地区。例如拥有CO2激光治疗技术的上海激光研究所，上海嘉定光电仪器有限公司，广州市激光技术应用研究所，（不列出全部，排名不分主次）。中国的激光医疗技术与西方相比水平并不低，且中国有13亿人口，故激光医疗器械的潜在需求巨大，今后10年，我国激光医疗器械市场将迎来一个新的繁荣期，超脉冲CO2激光将在这一大浪中起举足轻重的地位[13]。

4.3 工业上的应用

(1)CO2激光器切割技术

激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中，可大大减

少加工时间，降低加工成本，提高工件质量。激光切割是应用激光聚 焦后产生的高功率密度能量来实现的。与传统的板材加工方法相比，激光切割其具有高的切割质量、高的切割速度、高的柔性(可随意切割任意形状)、广泛的材料适应性等优点。激光切割技术分为金属切割是CO2激光切割的最大支柱领域，目前从经济上考虑，一般用大功率激光切割机按加工站形式提供代工，随着国内中功率CO2激光器的成熟，各个钣金厂会自购激光切割机，需求会大增。非金属切割应用于刀模板切割，木材和高密度木质纤维板切割，塑胶切割[14]。

(2)CO2激光器的焊接技术

激光焊接是一种材料连接方法，主要是金属材料之间连接的技术。它和传统的焊接技术一样，通过将连接区的部分材料熔化而将两个零件或部件连接起来。因为激光能量高度集中，加热、冷却的过程及其迅速，一些普通焊接技术难以加工的如脆性大、硬度高或柔软性强的材料，用激光很容易实现。另一方面，在激光焊接过程中无机械接触，易保证焊接部位不因受力而发生变形，通过熔化最小数量的物质实现合金连接，从而大大提高焊接质量，提高生产率。激光焊的焊缝深度比大，而焊缝热影响区极小，质量好。例如：金属薄板的焊接，中功率CO2激光器适合焊接1mm以下厚度的金属薄板,如汽车部件，发电机、刮水机、启动机、举窗机等经常使用到的层叠状的硅钢片的固定,过去采用打孔销钉固定，现在可以激光焊接。电池焊接，锂电池的生产工序如极耳焊接、安全阀焊接、负极焊接、外壳密封焊接使用激光焊接为最佳工艺，需要配备的激光焊接机的品种和数量十分巨大。精密仪表零件的激光焊接需求也在增大，如不锈钢压力膜片的焊接、航空仪表外壳的焊接[15]。5 CO2激光器的研究现状与发展前景

5.1 CO2激光器的研究现状

CO2激光器从诞生到现在的近50年时间里一直被人类所关注，二氧化碳激光器是以CO2气体作为工作物质的气体激光器。CO2激光器是一种比较重要的气体激光器，目前对CO2激光器的研究方向主要朝一下几个方面[16]：

第一，高效率的CO2激光器。

显然，相对于固体激光器其效率是非常高的，但是总体而言，相 对于CO2激光器本身其效率还是相对较低的。1964年，通过使用N2，转换效率达到3%；1965年，通过使用CO2-N2-He混合气体，转换效率达到6%。到目前为止，其最高效率也不会超过60%。在效率提高方面许多公司研究，已美国大通公司为例，研究的CO2激光器的效率已达到60%左右。国内研究较好的公司大都具有军方背景，目前效率已接近国外水平，代表公司为北京中科思远光电科技。

第二，小体积多功能CO2激光器。

目前大部分的CO2激光器功能单一，只能够从事某一项非常具体 的工作。我们知道大型医院里使用的CO2祛斑激光器和CO2除毛激光器，他们的体积都非常的庞大，但是结构基本相同。使用多功能CO2激光器的话，占用的体积小，而且售价相对也低了许多。在这个方面国内的研究处于国际水平了，当然研究机构大都是具有医院背景的。例如拥有完全的自主产权的吉林省科英激光技术有限责任公司，已研究出小体积多功能 CO2激光器（医疗美容）。

第三，高功率CO2激光器

高功率一直都是军方的追求目标，在这方面国内的一些军工企业 的研究水平还是相对落后。美国空军最早开始着手研究高功率CO2激光器。1975年，也就是CO2诞生的十一周年，美国空军医研制出功率达到30KW级别的CO2激光器。1988年，研究的CO2激光器的输出功率已达到380KW。目前根据美国军方公布的部分数据，研制的CO2激光器输出功率已达到千万瓦级别。

第四，工业技术的研究

CO2激光器在激光加工方面占主导地位，它广泛的用于焊接，切割，热处理和清洗等方面，输出激光的质量和功率都有很明确的要求。因此，工业中的CO2激光器要有高质量的激光光束和稳定的输出功率。在这个方面我们一直跟在国外公司的后面，毕竟我们在工业方面的研究晚了近十年。在企业中，使用较多的CO2激光器为美国的大通公司所生产的。

激光应用已经遍及光学、医学、原子能、天文、地理、海洋等领域，它标志着新技术革命的发展。如果将激光发展的历史与电子学及航空发展的历史相比，你不得不意识到现在还是激光发展的早期阶段，更令人激动的美好前景将要来到。

5.2 CO2激光器的发展前景

未来的CO2激光器将朝着以下几个方向发展：(1)高功率横流CO2激光器。

高功率横流CO2激光器，用于激光加工和热处理，激光器的整机呈一体化的箱体。箱体的上箱体中置有一体化的放电室、热交换器、风机系统、进出口导流器以及光学谐振腔，箱体的下箱体中置有激光电源、充放气系统、真空泵、镇流电阻箱和控制盒。与已有技术相比具有结构紧凑、安装调试和维修方便、激光器的工作效率高，整机的体积可以小型化的特点。它主要应用于金刚石工具、汽车齿轮、汽车安全气囊气体发生器等焊接中的应用，激光表面淬火与熔覆工艺及其在钢铁轧辊表面熔凝淬火、石油化工零件表面修复等方面的特殊应用[17]。

(2)声光调Q CO2激光器：为满足激光测距、环境探测、空间通讯及

激光与物质相互作用机理研究等领域应用要求，研制了声光调Q C02激 光器。针对影响声光调Q CO2：激光器输出的各种因素，利用调Q脉冲激光器速率方程对该激光器输出的主要技术参数进行了理论分析和计算，提出了声光调Q CO2：激光器优化设计的方法，并进行了验证实验。激光器脉冲重复频率为lHz～50 kHz，在l kHz运转时获得的输出激光脉冲宽度为180 ns，峰值功率为4062 W，与理论计算基本一致。结果证明：通过声光晶体(AO)的优选及谐振腔的合理设计。可实现小型CO2激光器的高重频、窄脉宽，高峰值功率输出，并可通过光栅选线的设计方式和TTL信号控制实现此类激光器的波长调谐和编码输出[18]。

(3)紧凑型长寿命射频激励波导CO2激光器 :为了使CO2激光器在工业加工及军事上有更广泛的应用,采用铝合金拉制型材作为激光器壳体、盘装电感代替传统线绕电感的结构以及全金属封接工艺等,研制出一种紧凑型长寿命射频激励波导CO2激光器.可连续输出或在不高于20kHz调制频率下脉冲输出,最大输出功率30W,实测工作寿命超过1500h,存储寿命超过1.5a.结果表明,这种激光器具有结构紧凑、输出功率稳定、工作寿命长、可连续及脉冲调制工作等特点,除了能满足各种材料的加工,也可在军事上应用[19]。(4)新型便携式TEA CO2激光器：它是一种新型便携式横向激励大气压CO2激光器。该激光器采用4节5号充电电池直流供电,在1 Hz重复频率条件下,可连续工作1 h.激光器整机(包括电源及控制系统)尺寸为200 nm×200 mm × 360 mm,质量小于8 kg.激光器使用紫外电晕预电离方式,放电均匀、稳定.自由振荡情况下,激光脉冲输出能量达到35 mJ,输出脉冲宽度为70 ns[20]。

(5)高功率连续CO2激光器：针对直升飞机发动机涡轮叶片采用连续激光熔覆出现裂纹及叶片变形的问题,在5 kW连续横流CO2激光器上,采用新的电源控制方案,通过软件及相关控制,实现了脉冲激光功率输出.克服了采用高功率开关电源带来的成本和稳定性问题.且脉冲调制频率可达到5 Hz,调制占空比可达到5%～100%.当采用4 kW峰值功率,4 Hz脉冲重复频率,占空比为20%时,在发动机叶片K403合会表面进行合金粉末Stellite X-40的熔覆实验.结果表明,熔覆后热影响区比连续激光减少50%,硬度提高5%,界面结合性能与母材相当,无熔覆裂纹及叶片变形[21]。

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