工作物質在軸快流激光器中的作用CO2激光切割加工（gōng）激光器中，主要的工作（zuò）物質由CO2、N2、He三種氣體組成。其中CO2是產生激光輻射的氣體，N2及He為輔助性氣（qì）體。加入其中的He，可以（yǐ）加（jiā）速010能級熱弛豫過程，因此有利（lì）於激光能級1090及020的抽空。N2加（jiā）入（rù）主要在CO2激光切割加工激光器中起能量（liàng）傳遞作用，為CO2激光上能級粒子（zǐ）數的積累與（yǔ）大功率高效（xiào）率的激光輸出起到強有力的作用。實驗發現有許多氣體如N2、CO、He、Xe、H2、H2O等能顯（xiǎn）著提高CO2激光切割加工激光的輸出功率和（hé）效率也有些氣體則（zé）不利於激光的輸出。為了合理地選（xuǎn）用輔助氣（qì）體我（wǒ）們分別介紹各（gè）種氣體的作用。N2和CO在CO2激光切（qiē）割加（jiā）工激光器中，N2和CO的作用如（rú）前所述是（shì）通過共振能量轉移（yí）提高（gāo）CO2分子001粒子的激發速率和增大對於10°0、010粒子的弛豫速率，尤其是CO氣體此作用特別突出（chū）。不過這兩種氣體在（zài）器件中（zhōng）的含量要適中。對N2而言，含量太少（shǎo）激（jī）光（guāng）上能級（jí）的積累效果不明顯（xiǎn），太多則會減少CO2氣體本體的含量，同時還會增（zēng）大上能級（jí）的消激發過程。放電過程中N2極易與（yǔ）CO2分解出來的氧原子（zǐ）結合形成負電性氣（qì）體N2O、NO2等氮化物，使001能級粒子消（xiāo）激發CO是極性分子，在（zài）選擇激發001方麵它要比N2差些，但（dàn）它不會產生有害（hài）氣體，而且還可以抑製CO2分子的離解。國外也有用（yòng）CO替代N2，隻要氣體配比適當，輸出功率不會降低多少，相應激光器的運轉壽命還有所（suǒ）增長He是質量小、熱（rè）導率高（14.38×104Jcm1，s-2.K）的氣體。對（duì）以管壁水冷卻方式來降低（dī）管內氣體溫度（dù）的（de）封離型CO2激光器來（lái）說，如在工作氣體中加入大量He可大大提高放電管中心處的熱量向管壁傳遞的速率，使管內氣（qì）體溫度明顯下降，達到減少下能級的粒子和增快它們弛豫的效果。它的存在也減少（shǎo）了其他氣體或管（guǎn）壁與001能級粒子的（de）碰撞機會，緩衝上能級粒子的消激發（fā）速率，從而改善激光的輸出特性在小型封離式CO2激光切割加工激光器中加人適量的Xe，可（kě）提高輸出功率20%-30%，能量轉換效率提高10%~15%。
這是因為管內的（de）Xe電離（lí）電位（wèi）較低（12.127eV），若在管內注人少（shǎo）量的X可增加管內電離度降（jiàng）低電子平均能量既能提高上能（néng）級00°1的激發速率，又（yòu）可防止CO2分子的離解在CO2+He+N2的混合（hé）氣體中加入少量的H2O或H2能加速激光下能級的弛豫速率，使（shǐ）輸出功率（lǜ）有所提高。H2O分子彎（wān）曲振動能級010（1596cm-1）與CO2（10°0）能級（1388cm-）很接（jiē）近能量差在（zài）平均動能kT範圍之內，所以發生諧振碰撞的概率很大。若（ruò）CO2（100）粒子與CO2碰撞需5×10次才能到基態，那麽，與H2O分子碰撞隻要幾次就可弛豫基態。此（cǐ）外H2O或H2還可以延長激光器（qì）件的工（gōng）作壽命。因（yīn）為在放電過程（chéng）中（zhōng）水（shuǐ）蒸氣可以分解為H原子和OH基，後者（zhě）極易與CO發生化學反應生成CO2分子。克（kè）服（fú）因高能電子分（fèn）解所導致的CO2氣體濃（nóng）度的減小既保證了（le）輸出功率又延長了器件的壽命。不過，H2O或H1的含量要嚴格控製。它們除對CO2（010、090）的弛豫（yù）有效之外，對CO2（001）的消激發作用也很顯著。

反應過程如下CO2（01）+H2QO（0O0）→CO2（010）+H2O（010）+87cm所以，在CO2激光係統（tǒng）中一般不直接加水（shuǐ）蒸氣，而（ér）是加H2使其與CO2分解出（chū）的O原子生成OH基或在器件內部裝入氟石以提供飽和（hé）水蒸氣（26Pa左右）。有時什麽都不加，就靠製備的CO2中所含的微量水蒸氣。現在有許多CO2激光器開始用Ar替代價格昂貴的He以降低成本。Ar的電離電位比（bǐ）He低，使用它可使（shǐ）管內電子溫度降低，有利於001能（néng）級（jí）的激發，但Ar質量較（jiào）大，導熱率不如He，所（suǒ）以它隻適於在流動型、橫向激勵（lì）的CO2激光器（qì）中使用。同一個器件，其輸出的效果不如充He器件以上（shàng）所述都是對激（jī）光輸出有益的輔助（zhù）氣（qì）體。然而，在激光器的混合氣中常常還含有其（qí）他體，尤其是有機蒸氣如乙醚、酒精油蒸氣（qì）等，它們對激光是有（yǒu）害（hài）無益的。因為（wéi）它們分解能（néng）量低，易消耗電（diàn）子的能量，分解出的產物又常與CO2分子結合（hé）成化合物減少CO2氣體的含（hán）量，使功率下降，器件壽命縮短。所以，為保證激光器正常運轉，在對使用的輔助氣體選擇（zé）和（hé）控製含量的同（tóng）時，還要對氣體的純度提出要求。
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