1964年由Patel在CO2氣體(ti) 放電中，獲得了波長在10.4微米和9.4微米附近的連續激光輸出，世界上第一台CO2分子的激光器誕生了。它有比較大的功率和比較高的能量轉換效率。它是利用CO2分子的振動-轉動能級間的躍遷的，有比較豐(feng) 富的譜線，在10微米附近有幾十條譜線的激光輸出。其在工業(ye) 、軍(jun) 事、醫療、科研等方麵得到了廣泛的應用，給我們(men) 的實現生活帶了許多便利。

         1966年氣動CO2激光器誕生了，從(cong) 此CO2激光器受到了極大的關(guan) 注。由於(yu) 激光技術中氣動技術的引進，CO2激光器開辟了廣闊的運用前景。伴隨著科學技術的進步，世界各國的激光技術也得到了相應的發展，二氧化碳激光器是目前連續輸出功率較高的一種激光，它發展較早，商業(ye) 產(chan) 品較為(wei) 成熟，被廣泛應用到材料加工、醫療使用、軍(jun) 事武器、環境量測等各個(ge) 領域。在激光的發展和應用方麵，CO2激光器的製作和應用較早也較多，早在1970年代末期，就有從(cong) 國外直接進口CO2激光器，從(cong) 事工業(ye) 加工和醫療等應用。從(cong) 80年代末期開始，CO2激光器被廣泛引進並應用在在材料加工領域。

       CO2激光的激發過程，主要的工作物質由CO2，氮氣，氦氣三種氣體(ti) 組成。其中CO2是產(chan) 生激光輻射的氣體(ti) 、氮氣及氦氣為(wei) 輔助性氣體(ti) 。加入的氦有兩(liang) 個(ge) 作用：一個(ge) 是可以加速010能級熱弛預過程，因此有利於(yu) 激光能級100及020的抽空；另一個(ge) 是實現有效的傳(chuan) 熱。氮氣的加入主要在CO2激光器中起能量傳(chuan) 遞作用，為(wei) CO2激光上能級粒子數的積累與(yu) 大功率高效率的激光輸出起到強有力的作用。 

        泵浦采用連續直流電源激發。它的直流電源原理：直流電壓為(wei) 把接入的交流電壓，用變壓器提升，經高壓整流及高壓濾波獲得高壓電加在激光管CO2激光器是一種效率較高的激光器，不易造成工作介質損害，發射出10.6μm波長的不可見激光，是一種比較理想的激光器。按氣體(ti) 的工作形式可分為(wei) 封閉式及循環式，按激勵方式分電激勵，化學激勵，熱激勵，光激勵與(yu) 核激勵等。在醫療中使用的CO2激光器幾乎百分之百是電激勵。 

        CO2激光器的基本工作原理：與(yu) 其它分子激光器一樣，CO2激光器工作原理其受激發射過程也較複雜。分子有三種不同的運動，即分子裏電子的運動，其運動決(jue) 定了分子的電子能態；二是分子裏的原子振動，即分子裏原子圍繞其平衡位置不停地作周期性振動——並決(jue) 定於(yu) 分子的振動能態；三是分子轉動，即分子為(wei) 一整體(ti) 在空間連續地旋轉，分子的這種運動決(jue) 定了分子的轉動能態。分子運動極其複雜，因此能級也很複雜。 

        CO2激光器產(chan) 生激光：在放電管中，通常輸入幾十mA或幾百mA的直流電流。放電時，放電管中的混合氣體(ti) 內(nei) 的氮分子由於(yu) 受到電子的撞擊而被激發起來。這時受到激發的氮分子便和CO2分子發生碰撞，N2分子把自己的能量傳(chuan) 遞給CO2分子，CO2分子從(cong) 低能級躍遷到高能級上形成粒子數反轉從(cong) 而產(chan) 生激光。

         與(yu) 其它激光器相比，CO2激光器具有較好的方向性、單色性和較好的頻率穩定性。而氣體(ti) 的密度小，不易得到高的激發粒子濃度，因此，CO2氣體(ti) 激光器輸出的能量密度一般比固體(ti) 激光器小。CO2激光器的轉換效率是很高的，但最高也不會(hui) 超過40％，9 這就是說，將有60％以上的能量轉換為(wei) 氣體(ti) 的熱能，使溫度升高。而氣體(ti) 溫度的升高，將引起激光上能級的消激發和激光下能級的熱激發，這都會(hui) 使粒子的反轉數減少。並且，氣體(ti) 溫度的升高，將使譜線展寬，導致增益係數下降。特別是，氣體(ti) 溫度的升高，還將引起CO2分子的分解，降低放電管內(nei) 的CO2分子濃度。這些因素都會(hui) 使激光器的輸出功率下降，甚至產(chan) 生“溫度猝滅”.

        激光技術在軍(jun) 事上應用中，在這近幾年裏，CO2激光器在這方麵得到了穩步的發展。 激光武器作為(wei) 一種新概念武器,與(yu) 傳(chuan) 統常規武器相比,以其速度快,方向性好,能量密度高,作戰耗費比高等優(you) 點,成為(wei) 新世紀武器中的新寵.高能激光武器在軍(jun) 事應用的方麵扮演著越來越重要的角色,代表著未來武器的發展方向,將徹底改變目前的戰場環境和作戰方式,使未來戰爭(zheng) 的形態發生了深刻變革.高能氣動CO2激光器輸出功率大,曾被各國設計用於(yu) 研製高能激光武器。 激光導彈防禦或稱激光反導的基本特征是：用由光速的高能激光去摧毀聲速運行的導彈或其它飛行固體(ti) 。我們(men) 可以說這方麵是CO2激光器的天下，因為(wei) 它有一些突出的優(you) 點。目前在陸軍(jun) 中采用的陸基小型激光反導係統、空軍(jun) 采用的機載激光反未來的CO2激光武器主要的特點是超高功率和高便攜性。高能激光器是未來戰鬥係統的重要組成部分，將在反監視、主動保護、防空和清除暴露地雷等方麵做出貢獻。高便攜性將使單兵作戰的能力大極大的提高，充分發揮每一個(ge) 兵的作用，當然目前這個(ge) 想法還是僅(jin) 僅(jin) 處於(yu) 理論階段。目前各國的激光武器都朝著這個(ge) 方向努力，當然這個(ge) 實導係統和海軍(jun) 采用的艦載激光反導係統中都是使用高能CO2激光器。

        近20年來激光技術在醫療有著飛速的進步，許多疾病和先天性的疾病都可以被成功地根治。 CO2激光手術采用的是自由光束CO2激光器，通常都是采用光束與(yu) 皮膚組織非接觸的方式，比常規手術提供了更多便利的條件，包括減少機械損傷(shang) ，增加周圍組織被保護等，並且更易保持無菌手術，與(yu) 其他激光手術相比，CO2激光手術刀具有切割能力強，組織吸收係數大，組織穿透濃度較小（約0.23mm），手術時不易傷(shang) 及動脈血管等，使得連續CO2激光被大量用於(yu) 外科手術臨(lin) 床治療。 但是連續CO2在臨(lin) 床上對組織的損傷(shang) 屬非選擇性的，手術治療後常常伴隨著皮膚疤痕等副作用。對病灶進行的切割或氣化時也有不同程度地損傷(shang) 正常組織，因而不能適用於(yu) 有較高要求的手術治療，這種情況嚴(yan) 重地限製了CO2激光在醫療中的進一步應用。 

       1983年，Aderson和Parrish提出了“選擇性光熱作用”原理，以進行激光的無損傷(shang) 治療。這一原理的要點是：當激光通過正常組織到達病變靶組織時，應使靶組織對激光的吸收係數大於(yu) 正常組織，其反差愈大愈好，以便在激光破壞靶組織時，不傷(shang) 及正常組織；靶組織的熱弛豫時應大於(yu) 激光的脈衝(chong) 寬度或作用時間，使靶組織在激光加熱過程中，來不及將熱量向周圍正常組織擴散，以保護周圍正常組織。 基於(yu) “選擇性光熱作用”原理，90年代後出現了以超脈衝(chong) CO2激光治療機為(wei) 代表的高能量脈衝(chong) 醫療設備，並得到成功的應用，使得要求較高的應用領域得到突破性進展，特別是激光美容方麵獨占鼇頭。發展前景十分廣闊。  

          超脈衝(chong) CO2激光器采用先進的脈衝(chong) 技術和PWM電源控製技術，不僅(jin) 能在極短時間內(nei) 提高了激光輸出的峰值功率，向靶組織提供足夠的能量，而且可以通過PWM信號精確控製每個(ge) 脈衝(chong) 的寬度和脈衝(chong) 重複頻率。通過計算靶組織的熱弛豫時間，控製脈衝(chong) 寬度可實現最佳手術效果。如毛細血管的熱弛豫時間約為(wei) 10μs，要求脈寬小於(yu) 10μs；皮膚組織的熱弛豫時間大致為(wei) 1 ms，要求做皮膚磨削除皺的激光儀(yi) 的脈寬小於(yu) 1 ms。現代激光儀(yi) 與(yu) 10餘(yu) 年前的激光儀(yi) 的最大區別正是在於(yu) 對脈寬的精確控製，這是現代激光治療安全性的根本保證。 超脈衝(chong) CO2激光治療機不但有連續CO2激光手術刀的共同特點，12 還具有本身的優(you) 點，可輸出高能量高重複頻率的的脈衝(chong) 激光，可滿足“激光選擇性光熱作用”的操作要求，可以迅速有效地去除病變靶組織，最大限度地減少激光對正常組織的損傷(shang) ，大大提高了醫學臨(lin) 床的準確性和安全性。臨(lin) 床實踐證明，在進行同一種手術時脈衝(chong) 激光所使用的激光功率要比連續激光低得多，因而由激光手術引起的組織反應較輕，對周圍組織的損傷(shang) 小，也縮短時間，治療時產(chan) 生煙霧少，視野清晰。 超脈衝(chong) CO2激光器已經廣泛應用於(yu) 耳鼻喉科（Otorhinolaryngology），婦科醫學（Gynecology），神經外科（Neurosurgery），一般手術（General Surgery），美容學（Aesthetics）。微橋點陣治療（Bridge Therapy）技術推出者Lumenis醫療激光公司已經研究並生產(chan) 了各種CO2激光治療儀(yi) ，像NovaPulse Series可用於(yu) 耳鼻喉科和美容學，其他還有波蘭(lan) 的CTL公司生產(chan) 的MODEL CTL1401是一款手術儀(yi) ，日本NANO LASER的GL－Ⅲ可用於(yu) 口腔科的CO2激光治療儀(yi) ，目前國內(nei) 已有5個(ge) 國家級激光技術研究中心，十幾個(ge) 產(chan) 品研發機構。醫療激光設備生產(chan) 企業(ye) 主要集中在上海，武漢，長春，北京，成都等城市或是周邊地區。例如擁有CO2激光治療技術的上海激光研究所，上海嘉定光電儀(yi) 器有限公司，廣州市激光技術應用研究所，（不列出全部，排名不分主次）。中國的激光醫療技術與(yu) 西方相比水平並不低，且中國有13億(yi) 人口，故激光醫療器械的潛在需求巨大，今後10年，我國激光醫療器械市場將迎來一個(ge) 新的繁榮期，超脈衝(chong) CO2激光將在這一大浪中起舉(ju) 足輕重的地位。

           激光切割技術廣泛應用於(yu) 金屬和非金屬材料的加工中，可大大減少加工時間，降低加工成本，提高工件質量。激光切割是應用激光聚焦後產(chan) 生的高功率密度能量來實現的。與(yu) 傳(chuan) 統的板材加工方法相比，激光切割其具有高的切割質量、高的切割速度、高的柔性(可隨意切割任意形狀)、廣泛的材料適應性等優(you) 點。  激光切割技術分為(wei) 金屬切割是CO2激光切割的最大支柱領域，目前從(cong) 經濟上考慮，一般用大功率激光切割機按加工站形式提供代工，隨著國內(nei) 中功率CO2激光器的成熟，各個(ge) 鈑金廠會(hui) 自購激光切割機，需求會(hui) 大增。非金屬切割應用於(yu) 刀模板切割，木材和高密度木質纖維板切割，塑膠切割。激光焊接是一種材料連接方法，主要是金屬材料之間連接的技術。它和傳(chuan) 統的焊接技術一樣，通過將連接區的部分材料熔化而將兩(liang) 個(ge) 零件或部件連接起來。因為(wei) 激光能量高度集中，加熱、冷卻的過程及其迅速，一些普通焊接技術難以加工的如脆性大、硬度高或柔軟性強的材料，用激光很容易實現。另一方麵，在激光焊接過程中無機械接觸，易保證焊接部位不因受力而發生變形，通過熔化最小數量的物質實現合金連接，從(cong) 而大大提高焊接質量，提高生產(chan) 率。激光焊的焊縫深度比大，而焊縫熱影響區極小，質量好。 例如：金屬薄板的焊接，中功率CO2激光器適合焊接1mm以下厚度的金屬薄板,如汽車部件，發電機、刮水機、啟動機、舉(ju) 窗機等經常使用到的層疊狀的矽鋼片的固定,過去采用打孔銷釘固定，現在可以激光焊接。 電池焊接，鋰電池的生產(chan) 工序如極耳焊接、安全閥焊接、負極焊接、外殼密封焊接使用激光焊接為(wei) 最佳工藝，需要配備的激光焊接機的品種和數量十分巨大。精密儀(yi) 表零件的激光焊接需求也在增大，如不鏽鋼壓力膜片的焊接、航空儀(yi) 表外殼的焊接。

        CO2激光器從(cong) 誕生到現在的近50年時間裏一直被人類所關(guan) 注，二氧化碳激光器是以CO2氣體(ti) 作為(wei) 工作物質的氣體(ti) 激光器。CO2激光器是一種比較重要的氣體(ti) 激光器，目前對CO2激光器的研究方向主要朝以下幾個(ge) 方麵： 對於(yu) CO2激光器本身其效率還是相對較低的。1964年，通過使用N2，轉換效率達到3%；1965年，通過使用CO2-N2-He混合氣體(ti) ，轉換效率達到6%。到目前為(wei) 止，其最高效率也不會(hui) 超過60%。在效率提高方麵許多公司研究，已美國大通公司為(wei) 例，研究的CO2激光器的效率已達到60%左右。國內(nei) 研究較好的公司大都具有軍(jun) 方背景，目前效率已接近國外水平，代表公司為(wei) 北京中科思遠光電科技。  目前大部分的CO2激光器功能單一，隻能夠從(cong) 事某一項非常具體(ti) 的工作。我們(men) 知道大型醫院裏使用的CO2祛斑激光器和CO2除毛激光器，他們(men) 的體(ti) 積都非常的龐大，但是結構基本相同。使用多功能CO2激光器的話，占用的體(ti) 積小，而且售價(jia) 相對也低了許多。在這個(ge) 方麵國內(nei) 的研究處於(yu) 國際水平了，當然研究機構大都是具有醫院背景的。高功率一直都是軍(jun) 方的追求目標，在這方麵國內(nei) 的一些軍(jun) 工企業(ye) 的研究水平還是相對落後。美國空軍(jun) 最早開始著手研究高功率CO2激光器。1975年，也就是CO2誕生的十一周年，美國空軍(jun) 醫研製出功率達到30KW級別的CO2激光器。1988年，研究的CO2激光器的輸出功率已達到380KW。目前根據美國軍(jun) 方公布的部分數據，研製的CO2激光器輸出功率已達到千萬(wan) 瓦級別。 

      CO2激光器在激光加工方麵占主導地位，它廣泛的用於(yu) 焊接，切割，熱處理和清洗等方麵，輸出激光的質量和功率都有很明確的要求。因此，工業(ye) 中的CO2激光器要有高質量的激光光束和穩定的輸出功率。在這個(ge) 方麵我們(men) 一直跟在國外公司的後麵，畢竟我們(men) 在工業(ye) 方麵的研究晚了近十年。在企業(ye) 中，使用較多的CO2激光器為(wei) 美國的大通公司所生產(chan) 的。 激光應用已經遍及光學、醫學、原子能、天文、地理、海洋等領域，它標誌著新技術革命的發展。如果將激光發展的曆史與(yu) 電子學及航空發展的曆史相比，你不得不意識到現在還是激光發展的早期階段，更令人激動的美好前景將要來到。 

         高功率橫流CO2激光器，用於(yu) 激光加工和熱處理，激光器的整機呈一體(ti) 化的箱體(ti) 。箱體(ti) 的上箱體(ti) 中置有一體(ti) 化的放電室、熱交換器、風機係統、進出口導流器以及光學諧振腔，箱體(ti) 的下箱體(ti) 中置有激光電源、充放氣係統、真空泵、鎮流電阻箱和控製盒。與(yu) 已有技術相比具有結構緊湊、安裝調試和維修方便、激光器的工作效率高，整機的體(ti) 積可以小型化的特點。它主要應用於(yu) 金剛石工具、汽車齒輪、汽車安全氣囊氣體(ti) 發生器等焊接中的應用，激光表麵淬火與(yu) 熔覆工藝及其在鋼鐵軋輥表麵熔凝淬火、石油化工零件表麵修複等方麵的特殊應用。  為(wei) 滿足激光測距、環境探測、空間通訊及激光與(yu) 物質相互作用機理研究等領域應用要求，研製了聲光調Q C02激光器。針對影響聲光調Q CO2：激光器輸出的各種因素，利用調Q脈衝(chong) 激光器速率方程對該激光器輸出的主要技術參數進行了理論分析和計算，提出了聲光調Q CO2：激光器優(you) 化設計的方法，並進行了驗證實驗。激光器脈衝(chong) 重複頻率為(wei) lHz～50 kHz，在l kHz運轉時獲得的輸出激光脈衝(chong) 寬度為(wei) 180 ns，峰值功率為(wei) 4062 W，與(yu) 理論計算基本一致。結果證明：通過聲光晶體(ti) (AO)的優(you) 選及諧振腔的合理設計。可實現小型CO2激光器的高重頻、窄脈寬，高峰值功率輸出，並可通過光柵選線的設計方式和TTL信號控製實現此類激光器的波長調諧和編碼輸出。為(wei) 了使CO2激光器在工業(ye) 加工及軍(jun) 事上有更廣泛的應用,采用鋁合金拉製型材作為(wei) 激光器殼體(ti) 、盤裝電感代替傳(chuan) 統線繞電感的結構以及全金屬封接工藝等,研製出一種緊湊型長壽命射頻激勵波導CO2激光器.可連續輸出或在不高於(yu) 20kHz調製頻率下脈衝(chong) 輸出,最大輸出功率30W,實測工作壽命超過1500h,存儲(chu) 壽命超過1.5a.結果表明,這種激光器具有結構緊湊、輸出功率穩定、工作壽命長、可連續及脈衝(chong) 調製工作等特點,除了能滿足各種材料的加工,也可在軍(jun) 事上應用。 它是一種新型便攜式橫向激勵大氣壓CO2激光器。該激光器采用4節5號充電電池直流供電,在1 Hz重複頻率條件下,可連續工作1 h.激光器整機(包括電源及控製係統)尺寸為(wei) 200 nm×200 mm × 360 mm,質量小於(yu) 8 kg.激光器使用紫外電暈預電離方式,放電均勻、穩定.自由振蕩情況下,激光脈衝(chong) 輸出能量達到35 mJ,輸出脈衝(chong) 寬度為(wei) 70 ns。 

        針對直升飛機發動機渦輪葉片采用連續激光熔覆出現裂紋及葉片變形的問題,在5 kW連續橫流CO2激光器上,采用新的電源控製方案,通過軟件及相關(guan) 控製,實現了脈衝(chong) 激光功率輸出.克服了采用高功率開關(guan) 電源帶來的成本和穩定性問題.且脈衝(chong) 調製頻率可達到5 Hz,調製占空比可達到5%～100%.當采用4 kW峰值功率,4 Hz脈衝(chong) 重複頻率,占空比為(wei) 20%時,在發動機葉片K403合會(hui) 表麵進行合金粉末Stellite X-40的熔覆實驗.結果表明,熔覆後熱影響區比連續激光減少50%,硬度提高5%,界麵結合性能與(yu) 母材相當,無熔覆裂紋及葉片變形。