由粒子數反轉分（fèn）布闕值條件可知，對激光切割加工激光上能級，我們希望激發速率大消（xiāo）激發要盡量少，以保上能級有較（jiào）大的（de）粒子集居數。對於激光切（qiē）割加工激光下能級則相反，希望激發速率小，弛豫速度快使下能級處於（yú）排空狀態。在CO2激（jī）光器中，引起激（jī）發態能（néng）級粒子弛豫的原因除對激（jī）光輸出有益的自發輻射、受激輻射之外，還（hái）有與（yǔ）氣體（tǐ）碰撞而弛（chí）豫的體（tǐ）積弛豫和因擴散（sàn）到管壁處與管壁碰撞而弛豫的（de）管壁弛豫（又稱管壁效（xiào）應）。
激（jī）光切（qiē）割（gē）加工激光下能級的（de）激發CO2分子100020能級是（shì）CO2激光器的激（jī）光下能級。這兩能（néng）級上的粒子有以下四個來電子碰撞激發（fā）電子碰撞基態（tài）CO2分（fèn）子使其躍到10°0和020能級有兩種激發途（tú）徑（jìng）。直接激發—電子使基態CO2分子一次躍遷到100或020能級CO2（000）+e→CO2（100或020）+e根據量子力學中與基態無光學聯係的能級電子碰（pèng）撞激發概（gài）率較小的論點，電（diàn）子對CO2分子100與020兩能級直接激發（fā）概率很小，因為它們對基態是禁戒（jiè）躍遷（qiān）的（de）2）逐級激發—電子先將CO2分子由基（jī）態激到010能（néng）級然後電子再與010能級上的分子碰撞，使它躍到100或020能級（jí）CO2（O00）+e→CO2（01'0）+e（1-10）O2（010）+e→CO2（100或020）+e由於100020能級與010能級間（jiān）以及010能級與基態（tài）間（jiān）都（dōu）存在光學聯係，根（gēn）據電子碰童激發（fā）速率（lǜ）的規（guī）律，逐級激發的概率較前者要大，串能激發這（zhè）是由高能（néng）級（包括010能級）上的粒子輻射躍遷或（huò）碰撞弛豫到10°0或02°0能級的激發，這種激（jī）發概率較小（xiǎo），分子碰撞激發兩個處於010能（néng）級的CO2分子相互（hù）碰撞後，其中一個激發至100能級或020能級，另一個回到基態，即（jí）軸快流激光器的弛豫過程氣體放（fàng）電時激（jī）光（guāng）器內氣體的各個（gè）能級除有激發過（guò）程外，同時還有弛豫（消激（jī）發）過程。
由粒子數反轉分布（bù）闕值條件可知，對激光切割加工激光上能級，我們希（xī）望激發速（sù）率大消激發要盡量少，以保上能（néng）級有較大的粒子（zǐ）集居數。對（duì）於激光切（qiē）割加工激（jī）光下能級則相反，希望激（jī）發速率小，弛豫（yù）速度快（kuài）使下能級處於排空狀態。在CO2激（jī）光器中，引起激發態能（néng）級粒子弛豫（yù）的原因除對激光輸出有（yǒu）益的自發輻射、受激輻射之外，還（hái）有與氣體碰撞而弛豫（yù）的（de）體積（jī）弛（chí）豫和因擴散（sàn）到管壁處與管壁碰（pèng）撞而弛豫的管壁弛豫（yù）（又稱管（guǎn）壁效應）。對不同能級這兩種弛（chí）豫隨氣（qì）體種類氣體壓強和氣體溫度改變產生的效果是不同的1.激光上能級的弛豫CO2激光（guāng）器的上（shàng）能級001能級的弛豫是（shì）由（yóu）體積弛豫和管壁弛豫兩部分合成（chéng）的，即其弛豫速率關係（xì）為Kn=Ky+K（1-16）在CO2氣壓（yā）較低時（shí），放電管內管壁弛豫速（sù）率較大。隨CO2氣體氣壓增高，激發態粒子（zǐ）因與氣體碰撞而（ér）不易擴散到管壁，使管壁（bì）弛豫速率（lǜ）大大下降。而體積弛豫則隨氣壓的增大而線性增長。CO2激光器中的體積弛豫速率不僅與管內的CO2氣體本身有關，還與充人（rén）管內的（de）輔助氣（qì）體的種類及氣壓有關。表1-2列出不同的混合氣體中CO2（001）的弛豫速（sù）率常數k1.從表中看到H2、H2O對001能級弛豫速率較大不利於001粒子（zǐ）的積累。要減弱對（duì）上能級粒（lì）子的（de）弛豫就要對充（chōng）人放（fàng）電管內的氣體種類以及它們的含量和純度（dù）加以選擇（zé）和（hé）控製。因上能級（jí）主要是靠N2選擇激發實（shí）現粒子數反轉的，所以（yǐ）氣體（tǐ）溫度下降所造成上（shàng）能級粒（lì）子數的減少與其相比可略而不計。

激光切割加工激光（guāng）下能級的弛豫CO2激光器100290兩能級對基態是（shì）禁戒躍遷的它們隻能輻射躍遷到010能級，再由10能級輻射（shè）躍遷到基態。這三個能級壽（shòu）命都很長，輻射弛豫速率很小，遠不（bú）及與氣體分子碰撞而弛豫的過程（見表1-3）。因能量近似共（gòng）振10020粒子（zǐ）與（yǔ）基態CO2分（fèn）子碰撞，極易（yì）豫到010能級但這一過程不能（néng）完全解決下能級的弛豫問題。因為CO2（010）粒子與基態（tài）CO2分子的碰撞弛豫是振動能轉化（huà）為平動動能的過程（常稱V-T過程）CO2（010）+CO2（00）→2CO2（00）+667cm這一過程△E>h7，反應速率常數較（jiào）小，所以在010能級上出現了粒（lì）子的“堆積”（常稱這種低能（néng）級阻塞現象為瓶頸效應）。“堆積”的010粒子是很活躍的（de），它（tā）可以俘獲輻射的（de）光子躍回100020能級，又可以通（tōng）過弛豫逆過程而使100和（hé）020能級粒子（zǐ）增多，反轉粒（lì）子數（shù）減少。嚴重時，還可以（yǐ）使（shǐ）激光停止振蕩。為了解決（jué）粒子的“堆積”，排（pái）空激光下能級，常用的方法是在激光器內加適量的輔助氣體M，通過它們與CO2（010）分子碰撞來（lái）消耗010粒子的能量，使它弛豫。同時降低管內氣體的溫度（dù）使下能（néng）級粒子減少。CO2（010）+MCO2（O0°0）+M+△E氣（qì）體種類（lèi）M不同，反應的截麵（miàn）差別很大，表1-4列出（chū）不同氣體弛豫010粒子的速率常（cháng）數k3及CO2（010）對（duì）應的弛豫時間。由表可以看出，H2O對下能級010弛（chí）豫要比（bǐ）CO2大100倍，倘（tǎng）若增（zēng）高管內氣壓，下能級的弛豫效果會更好。但對激光上能級（jí）H2O產（chǎn）生（shēng）的影響也比其他氣體（tǐ）要（yào）高10~1000倍。

因此，確定哪種氣（qì）體作激光器的輔助氣體要（yào）從上、下（xià）能級對（duì）粒子數的要求及各種氣（qì）體對它們的影響來綜合考慮（lǜ）。在CO2激光器激光下能級（jí）的排空主要靠氣體碰撞，它對管壁弛豫的要求不同於He-Ne激光器故它能在（zài）放電（diàn）管（guǎn）管徑較粗（幾毫米-幾十毫米），管內氣壓在較高的（de）情況下獲得（dé）大（dà）的輸出功（gōng）率。
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