高功率CO2激光器及其應用技術（簡體書）

《高功率CO2激光器及其應用技術》介紹了C02激光的基本原理及其實際應用情況和發展趨勢，反映了21世紀以來取得的最新科技成果。《高功率CO2激光器及其應用技術》的內容以描述放電泵浦C02激光器及其相關技術為主，並以高功率C02激光作為重點描述對象，對其基本原理、相關技術做了系統闡述。同時對經常出現的某些易引起混淆、誤解與誤用的概念、術語和技術問題等做出了澄清性的解釋和說明。《高功率CO2激光器及其應用技術》著重於CO2激光的實際研製和應用過程，較少著墨於理論論述。《高功率CO2激光器及其應用技術》適合從事C02激光研製和應用的科技人員和工程技術人員閱讀使用，也可作為相關專業在校師生的教學參考用書。

郭勁等編著的《高功率Co2激光器及其應用技術(精)》的內容以描述放電泵浦Co2激光器及其相關技術為主，并以高功率Co2激光作為重點描述對象，對其基本原理、相關技術做了系統闡述。同時對經常出現的某些易引起混淆、誤解與誤用的概念、術語和技術問題等做出了澄清性的解釋和說明。本書著重于Co2激光的實際研制和應用過程，較少著墨于理論論述。

前言第一章緒論1．1引言1．1．1激光術語與基本概念問題1．1．2激光常用計量單位、符號1．2C02激光簡介1．2．1C02激光器及其分類1．2．2封離式C02激光器1．2．3快軸流C02激光器112．4橫流CO2激光器1．2．5C02激光器技術特點1．3C02激光發展簡史1．4實際應用中常見問題解釋參考文獻第二章高功率脈衝C02激光器的基本原理2．1Co2激光器的工作原理2．1．1Co2分子振轉能級結構2．1．2C02激光器的能級壽命和弛豫過程2．1．3C02激光器的激發過程2．1．4輔助氣體2．2TEAC02激光器2．2．1概述2．2．2TEAC02激光器的典型技術2．3小結參考文獻第三章氣體放電激勵技術3．1氣體放電的基本特性3．1．1氣體放電中的粒子3．1．2粒子間的相互作用3．2氣體放電激發3．2．1電子碰撞激發3．2．2共振激發能量轉移3．2．3電荷轉移激發3．2．4彭寧電離3．3橫向激勵大氣壓（TEA）CO2激光器的激勵技術3．3．1高功率TEACO2激光器對激勵電源的要求13．3．2高功率TEACO2激光器激勵電源組成和工作原理3．3．3工頻LC諧振充電電源技術3．3．4高頻開關充電電源技術3．3．5激勵電路3．4TEAC02激光器中的電磁兼容技術參考文獻”第四章高功率CO2激光器諧振腔技術4．1光學諧振腔的基本知識4．1．1光學諧振腔的構成與分類4．1．2光學諧振腔的作用4．1．3光學諧振腔的損耗4．1．4光學諧振腔的穩定性條件4．2穩定腔4．2．1一般穩定球面腔的等價共焦腔4．2．2一般穩定球面腔的模式特徵4．3非穩腔4．3．1穩定腔的缺點4．3．2非穩腔的優點4．3．3高功率TEACO2激光器非穩腔的設計與實驗4．4諧振腔鍍膜選支技術4．4．1鍍膜選支技術原理4．4．2穩定腔9．3μm選支輸出實驗4．4．3非穩腔9．3μm選支輸出實驗4．4．4穩定腔10．6μm／9．3μm兩波長切換輸出參考文獻第五章C02激光調製與短脈衝輸出技術5．1激光調製5．1．1激光調製的基本概念5．1．2電光調製……第六章C02激光器波長調諧與變頻技術第七章激光參數測試技術第八章應用基礎第九章激光探測技術第十章激光定向能技術第十一章激光加工

第一章 緒論
激光，是20世紀科學史上最重大的發明之一。激光的發明，影響到了人類生活的方方面面，小到納米技術開發，大到宇宙空間研究，簡單到教學演示，復雜到生命科學探索，各方面的科技進步幾乎都直接或間接地得益于激光技術的發展。時至今日，激光一詞對人們來說已經不再陌生，計算機中的光驅、音響中的掃描系統、舞臺上的激光表演、講臺上的指示教鞭以及工業加工中的激光設備等，即使是普通群眾對此也是再熟悉不過了。一言以蔽之，激光作為新的應用工具發展速度之快，在科學技術史上較為罕見。究其原因，是這種神奇的光束提供了亙古未有的技術手段和途徑，使以前可為的復雜難題變得簡單，使以前不可為的事情變成現實，由此促進了科學技術的不斷創新與持續進步，這些創新與進步反過來又使“泵浦”激光在新的更高技術層次上獲得突破。有理由相信，隨著激光技術不斷發展，在不久的將來還有可能創造出一個我們無法預見的嶄新未來。
1.1 引言
1.1.1 激光術語與基本概念問題
激光是一種由激光器產生的相干電磁輻射。2008年10月1日頒布實施的《激光術語》（GB/T15313―2008）國家標準，對于“激光”和“激光器”及其相關術語做出了統一的定義。仔細地理解這些定義的真實含義對于認知激光的本質是大有裨益的。必須注意的是，還有些論文、技術報告、科普文章、工程書籍以及各種多媒體資料常將“激光器”錯誤地理解和定義為“由諧振腔（resonator）、增益介質（gainmedium）和泵浦源（pumpingsource）構成的能夠產生相干電磁輻射的器件”，或者與其類似的描述，并將“諧振腔、增益介質和泵浦源”稱為構成激光器必備的“三要素”。如果按照這樣的定義，則氮分子激光器就不可能屬于激光器大家族中的成員了，因為氮分子激光器可以在沒有諧振腔的情況下，仍然能夠通過行波泵浦過程實現受激發射放大，產生波長為337nm的相干電磁輻射，文獻一般稱其為超輻射現象。之所以出現上述這樣的錯誤解釋和定義，主要是由于這些作者對激光的本質沒有進行深入理解造成的。其實，《激光術語》國家標準并未限定激光器是如何構成的，而只是對于激光器產生激光的過程和結果做了限定，即要求產生過程為受激發射放大，波長不超過1mm，輻射是相干的。為徹底搞清楚有關問題，參見《激光術語》做出的定義如下：
“激光器”（laser）定義為“能產生受激輻射波長直到1mm的相干輻射的器件。”
“激光”（laser）定義為“由激光器產生的，波長直到1mm的相干電磁輻射。它由物質的粒子受激發射放大產生，具有良好的單色性、相干性和方向性。”“激光裝置”（laserdevice）定義為“由激光器和使激光器工作所必需的外圍器件（即冷卻、溫控、供電和供氣等單元）所組成的裝置。”
“激光組件”（laserassembly）定義為“由激光裝置與專門用來處理光束的光、機、電部件所組成的組件。”
“激光設備”（laserunit）定義為“由一個或多個激光組件以及操作、測量、控制系統所組成的設備。”
無疑，這些定義為實際應用提供了唯一權威性的解釋標準。雖然《激光術語》并未給出激光波長在短方向上的規定，但2011年6月日本理化學研究所和高輝度光科學研究中心聯合發表新聞公報稱，應用自由電子激光器（FEL）獲得了波長為0.12nm的（X射線）激光輸出，打破了美國直線加速器相干光源于2009年4月創下的0.15nm的最短波長世界紀錄。而在波長的長限方向上，太赫茲波段（即頻率0.1-10THz，相當于波長30μm-0.3mm）的亞毫米激光輻射，是目前已知激光長波的極限。目前仍有少數人習慣上將產生毫米波輻射的器件稱為毫米波激光器，但實際上是錯誤的稱呼，應該予以糾正。從以上內容可知，無論采用什么技術手段，只要是具有粒子受激發射放大過程產生的“良好的單色性、相干性和方向性”技術特點的電磁輻射器件，就可以稱為激光器。太赫茲波段的電磁輻射已經處于一個交叉的邊緣波段，因為它既可以采用光子學（photonics）技術手段產生，也可以通過電子學（electronics）技術手段產生。因此，本書介紹的基于CO2激光差頻技術產生的太赫茲輻射器件，可以叫做太赫茲激光器，而利用電子學技術手段產生的太赫茲輻射器件則不能稱之為太赫茲激光器，同理，有些產生X射線的器件可以稱為X射線激光器，而有些則只能稱為X射線發生裝置或者設備，這就像我們不能將探照燈或手電筒發出的光束稱為激光一樣。
根據《激光術語》規定，在中文里“激光”與“激光器”是有差別的，這一點與英文稍有不同；在英文里，激光和激光器幾乎都由“laser”一個詞來表示，其所代表的意思需要根據上下文內容來確定，只是在需要特指時，才加上其他限定詞來表達，如寫成laserradiation表示激光。開始時，“laser”（由lightamplific ationby stimulated emissionof radiation首字母縮寫組成）的中文譯名很混亂，常見的有脈澤、萊塞、受激發射光、光量子放大器、光激射器等譯法，命名的混亂給實際應用帶來了很大的不便。1964年，《光受激發射情報》雜志編輯部給中國著名科學家錢學森寫了一封信請他給“laser”取一個中國的名字，不久錢學森就回信給編輯部建議命名為“激光”。這個名字既體現了光的本質，又描述了這類光和普通光的不同，具有受激發生、激發態等意義。這個名字提交給同年在上海召開的全國第三屆光量子放大器學術報告會討論，受到與會者的一致贊同。從此，“laser”這一年輕的新生事物有了統一而有意義的漢語名稱。但是，在此需要提醒讀者注意的是，目前在中國香港和中國臺灣等地仍然還將“laser”翻譯為鐳（雷）射等，我們只要將其理解為激光而不是別的東西就可以了，知道這一點就可避免了產生歧義。