1、國內(nèi)外發(fā)展概況：1964年，Patel和Kerl在對低氣壓的CO氣體進(jìn)行脈沖放電中，首次觀察到CO分子振動轉(zhuǎn)動躍遷激光振蕩，得到了5.0-5.4科m波長范圍內(nèi)的譜線。1 PatelCNKerlRJLLaseruciladgortXhSbvibratiomltransitionsofCO-AppliedPhjs&oLettersv196%Si81-83此后Patel把CO和N2的混合氣體冷卻到196K,獲得了連續(xù)的激光輸出，然而當(dāng)時的輸出功率只有毫瓦級。4 PatdCKN*CWUseronvibraiiuna1-roiaciuntitTrtnsitinnsatCO-AppliedPbyH

2、kMloiters.1965,7：246Legau-Sommaire等人也在高頻放電的N2O氣體中摻入CO氣體得到連續(xù)CO激光輸出。N.Legay-Sommaire,L.Henry,F.Legay,Compt.Rend.Hebd.SeancesAcad.Sci.,QualitativeMicroanalysisByFilteredElectronImages1965,A260:33391968年，R.M.Osgood和W.C.Eppers用CO、He和適量空氣為混合氣體，在77K溫度下的流動開放式的激光器系統(tǒng)獲得了20W的連續(xù)波輸出功率，電光轉(zhuǎn)換效率為10%。隨后高功率CO激光器的研究引起人們

3、的極大重視。5 OsjtoodRM*Epper»WC.AninvrjtiEitionofthehighpowerCOlaser*IEEEJ>QuantumEledron.QE-«I145-154V.F.Sharkov等人于70年代中期，在77K的溫度下，在閉循環(huán)系統(tǒng)中獲得了700W的連續(xù)波輸出功率，其光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到30%,這是其他類型的分子激光器無法比擬的。fiSharkuvVF»DyinshitsBM,ftal.GasdischargeCOhi驍rwithahighspecificoutputenergy*El«tr(Hir1977*4工1H2

4、4-18261983年，前蘇聯(lián)列別捷夫研究所N.G.Basov報道了他和同事們研制成功的電子束控制(E.B.C.)的工業(yè)用10kW連續(xù)波連續(xù)波輸出的大功率CO激光器，其電光轉(zhuǎn)換效率高達(dá)37%,輸出比能量為113J/g。至此，CO激光器已經(jīng)成為最有前景的工業(yè)用高功率激光器。7 BasovKG,ftairInvestigationoftheenergycharicreristicofa匚需elecirun-beani-controlledindustrialCOwiihsnoutpuipowerof】0kW.So*JQimqIuoiElectroa<1&B3.13(10)113911

5、3g3德國斯圖加特DLR技術(shù)物理研究所自80年代以來一直從事微波和射頻激勵的CO激光器研究。1991年該所報道了采用氣動冷卻射頻激勵CO激光器及其在工業(yè)應(yīng)用方面的研究結(jié)果15。該激光器采用氣動冷卻技術(shù)，沒有外部冷卻設(shè)備，體積緊湊，工作穩(wěn)定可靠。采用射頻激勵方式，可以大大改善氣體放電狀態(tài)，提高能量注入密度。該激光器最大輸出功率達(dá)900W,轉(zhuǎn)換效率7%。|15EZcyfangH.V.tblflwALStflhr,SiPfL兒Qhgh廿制1。叫g(shù)139ZI1;小1列5日本三菱重工重金資助IHI研究所的S.Sato和H.Saito等人，采用自持放電兩級冷卻閉循環(huán)技術(shù)研制成功了1、3、5、和7.5kW的

6、工業(yè)用大功率CO激光器，其最高電光轉(zhuǎn)換效率達(dá)到24%。他們還擬訂研制20kW的大功率CO激光器。8 SatoS:ftai-High-powerclosed-cycltsubsonkCWCOLaserescitedbyatransversewIf-sustaiiKddischmr群.AppliedPhysicsIrftterjt1985,46<6>9 H<rf琳upufnultjsed-cyclevLf-amtaiiDrddi3chd交-vmiLCOl.axr-RctSti19S7.5l(8)i1417-142110 Sfito5.mCuttingafjtceJabyhighp

7、owerCO-laMrbeaE.Op<vEkktiviiikMiEnzin*19BSr5(6)i552美國、德國、法國、英國等發(fā)達(dá)國家都有自己杰出的研究工作，尤其是在高能量脈沖CO激光器的研究方面，美國的M.M.Mann和R.E.Center的工作是遙遙領(lǐng)先的。11 RichJW.KinrticmodeJingofthehighpow*rcarbunmmoKideLaxr-JournalMAppliedPhysics1071T42；：n1278512 LacitiaW"B.TransjentusciMmiutanalysitufahiph-presstTirelectnc&am

8、p;llyexcitedCOlaser-1EE£JournaLMQuantumElKtrmkjt1973*QE?<6>t575593他們在1974年報道了當(dāng)脈寬為100ds時，單脈沖能量為153J,其電光轉(zhuǎn)換效率為63%;1977年他們又報道了當(dāng)脈寬為40ds時，單脈沖能量為1010J,其電光轉(zhuǎn)換效率為38%的杰出工作。俄羅斯計劃在不同的實(shí)驗(yàn)室和廠家制作0.5-3kW級的高頻放電激勵CO激光器。大連理工大學(xué)應(yīng)用物理研究所，于1993年研制成功了我國第一臺IkWCO激光器。目前世界各國對CO激光器的研究集中在如下幾個方面：（1）完善和提高現(xiàn)有各種類型CO激光器的各種參數(shù)，使

9、之能滿足工業(yè)加工和科學(xué)研究的需要；（2）尋找新的更有效的穩(wěn)定激勵方法和冷卻方法；（3）CO激光器的工業(yè)應(yīng)用研究。*鄒意會，張榮康，“20kW級高功率CO激光器"，激光與光電子學(xué)進(jìn)展，1996年第二期與CO2激光器相比，由于其振蕩波長為CO2激光器的一半，因而：（1）金屬等材料的光吸收特性較好，可望比CO2激光器具有更優(yōu)越的加工特性。（2）理論上基模的發(fā)散角為CO2激光的一半，具有可獲得高光束聚光性等特征。特別是，關(guān)于（1）項，Maisenhalder等人作了大量研究。據(jù)報道，在表面處理與切割加工方面，CO激光器具有明顯的優(yōu)越性。與YAG激光器相比：（3）氣體激光器的特點(diǎn)是輸出易于放大

10、，很容易獲得幾十千瓦以上的激光輸出。（4）CO激光器是串級振蕩，飽和強(qiáng)度大，可得到高的電轉(zhuǎn)換效率，具有適用于高功率激光器的優(yōu)點(diǎn)。CO激光器的應(yīng)用1、應(yīng)用于大氣中有害氣體分析由于人類的活動，大氣中的微量氣體的濃度變化很大。例如甲烷濃度在100多年前的兩千多年中一直在700ppb左右，而在近100年間，甲烷濃度按指數(shù)上升，目前已達(dá)到1600ppb。影響大氣中微量氣體濃度的主要因素是人類的工業(yè)活動。由于大量燃燒煤炭和石油，一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫及氮氧化物濃度明顯升高。除工業(yè)活動外，農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)生產(chǎn)、人口的增多，也對微量氣體濃度有很大的影響。這些微量氣體的增多，已經(jīng)使大氣質(zhì)量惡化，某些生態(tài)系統(tǒng)收

11、到破壞。用CO分子激光器激勵的光聲光譜儀可以對多種微量氣體進(jìn)行監(jiān)測。用CO分子激光光聲測量方法監(jiān)測大氣中微量氣體，其靈敏度可高于氣象色譜等常規(guī)方法幾個數(shù)量級，光聲檢測可以連續(xù)采集樣品氣體，動態(tài)監(jiān)測濃度的變化，檢測響應(yīng)時間僅為秒的量級，非常適合超底濃度有害氣體的監(jiān)測和大氣質(zhì)量分析。2、應(yīng)用于生物學(xué)基礎(chǔ)研究由于激光光聲檢測的高靈敏度和實(shí)時性，幾年來也被用于植物生理學(xué)、昆蟲學(xué)和微生物學(xué)基礎(chǔ)研究領(lǐng)域。植物組織的生理過程常常同時伴隨特征氣體向周圍環(huán)境的釋放。植物周圍環(huán)境氣體成份的變化或微量氣體濃度的變化也會反作用于植物，影響和改變植物的生理過程。生物組織氣體交換研究是探索生物組織生理學(xué)規(guī)律的一個重要方法

12、。高靈敏度激光光聲檢測技術(shù)的應(yīng)用，使這一領(lǐng)域的研究十分活躍，近年來歐洲的許多研究小組與生物學(xué)家合作，做了大量的工作，揭示了許多新的生物學(xué)規(guī)律。CO分子激光器已經(jīng)成為這個研究領(lǐng)域不可缺少的可調(diào)光源。3、作為激光磁共振（LMR）光譜分析儀的分步可調(diào)諧光源在近、中紅外區(qū)，有相當(dāng)數(shù)量的自由基和分子離子。它們的化學(xué)性質(zhì)很不穩(wěn)定，但對一些化學(xué)反應(yīng)過程，對天體物理和空氣化學(xué)等領(lǐng)域有著重要的影響，而且常常是在濃度很低的情況下，就會對環(huán)境造成危害。因此研究一種對這些物質(zhì)能夠進(jìn)行高靈敏度的檢測方法是十分必要的。通過改變外加磁場來調(diào)諧這些被測物質(zhì)的吸收譜線，并使之與CO分子激光器的某一固定頻率重合達(dá)到共振吸收。其原

13、理是：尋找一條接近被測物質(zhì)在零磁場情況下各兼并能級的激光譜線，并使之穩(wěn)定；然后調(diào)諧外加磁場使各兼并能級發(fā)生分裂，并使之與激光譜線重合達(dá)到共振吸收的目的。4、作為同位素分裂的激光光源能源問題、合理使用能源以及尋求對環(huán)境污染少的能源是當(dāng)今世界各國的重要研究課題。核能的利用是解決能源問題的重要措施，在核燃料中濃縮的鈾235是被廣泛應(yīng)用的一種，如我國的核電站均采用輕水壓力反應(yīng)堆發(fā)電，所用的核燃料為含有約3.5%鈾235同位素的濃縮鈾。天然鈾礦中鈾235的含量大約為0.7%,因此為了滿足發(fā)電的需要就必須采取措施，使之濃縮。目前熟知的方法有擴(kuò)散法、離心法、激光原子鈾蒸氣法（AVLIS）和激光UF6分子法（

14、MOLIS）。在上述這些方法中，成熟的方法是擴(kuò)散法。在80年代初，由美國人Eerkens提出了一種用CO分子激光器的某一譜線選擇性的激發(fā)UF6分子的高振動激發(fā)態(tài)即3u3帶。然后使處于高振動激發(fā)態(tài)的235UF6與某種化合物M發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成某種中間產(chǎn)物MP,從而獲得了鈾235同位素的濃縮。這種用CO分子激光器的某一譜線選擇性的激發(fā)分離鈾235同位素的方法稱作新分子法CRISLA（ChemicalReactionIsotopeSeparationbyLaserActivition）。5、柔性加工由于大功率CO激光器輸出能量主要集中在5科m波段，可以由以CaF2和As2s342材料制成的5dm波段的

15、第三代光纖傳輸，配合機(jī)器人進(jìn)行柔性加工，這一動向引起了汽車制造業(yè)的極大重視；尤其是在日本，這種柔性加工要優(yōu)于現(xiàn)在較為廣泛采用的CO2激光器的“飛行光學(xué)系統(tǒng)"（FlyingOpticSystem）。i2Sato區(qū)Highpower*hmgintenbi:yCOinffuredkscrtrflnsmiwcmthroughA看&fiber&AppiUtlt19B6.4K15>i96。962YAG激光器的工作波長為激光輸出可以用SiOi光纖進(jìn)行傳輸，適合于柔性加工.但箕輸出功率受限制（一般小于Hw）,轉(zhuǎn)奏效率低，而且光束質(zhì)量較差.CO士激光器可以具有很高的輸出功率較高的

16、轉(zhuǎn)換效率和比較好的光束質(zhì)號。但由于其波長長，一般情況下.不利于材料的吸收，聚焦特性較差，而且從理論上講,不能找到適當(dāng)?shù)墓饫w傳輸CO,激光功率6、工業(yè)加工方面的應(yīng)用由于CO分子激光器的波長只是CO2激光波長的二分之一，所以在切割中的能力是十分突出的。日本三菱重工業(yè)研究所對CO分子激光器和CO2激光器的切割能力進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。同樣都是3kW的激光器，在切割同樣材質(zhì)的不銹鋼板時，CO分子激光器能切割40mm厚的板材，而CO2激光器只能切透20mm的同樣材質(zhì)的板材。3kW的CO分子激光器能以50mm/min的速度切割80mm厚的低碳鋼板，而3kW的CO2激光器則只能切割20mm的低碳鋼板。Maisenhe

17、lder等人對金屬材料的打孔實(shí)驗(yàn)中也得到了類似的結(jié)果。CO分子激光器和CO280/50;車W 71/38;鋁 64/14。CO分子激光器目前仍在 一旦這些工藝問題得以解決，激光器對銅、鋼、鋁三種材料打孔時效率比值分別為：銅高功率CO分子激光器具有很大的工業(yè)應(yīng)用潛力和前景。因?yàn)榈蜏叵逻\(yùn)行，所以在一定程度上限制了它的推廣和商品化。高功率CO分子激光器必定在工業(yè)加工中發(fā)揮巨大的作用。co激光器在工業(yè)加工應(yīng)用方面的突出優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)被實(shí)驗(yàn)所迂實(shí)近年來歐洲、口本、美國等國一直很重視工業(yè)用大功率C。讖光器的研究和應(yīng)用開廢口目前較為成熟的co激光器主要有：電子束控制工業(yè)co激光器，橫向流動自括放電激勵co效光器以

18、及橫向和縱向快速流劭射頻激勵CC懣光器，電子束控制co激光器檢出功率大，轉(zhuǎn)換效率高，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,電子槍真空隔膜壽命短需經(jīng)常更換，不利于工業(yè)應(yīng)用。橫向自持放電激勵三軸正交系統(tǒng)激光器也能播高功率運(yùn)行.三菱重工前幾年在推出7.5kw工業(yè)用CO激光器后，又致力于20和49千瓦工業(yè)激光器的研制，用以加工300mm以上厚度的金屬材料（用亍核反應(yīng)堤工程等卜這種激光捐技術(shù)相對成熟，輝光放電問題解決的好.可以跟幡高輸出功率怏點(diǎn)是激光器體積大.光束質(zhì)精較差三與立流輝光放電激勵相比.微波或射厥激勵方式有很大的優(yōu)越性.近年來，歐共體EhyH計劃113項-CO激光器研究的承相者，英國瓦特大學(xué)物理系和德國DLR研究所舒果用射頻激助方式工作.激光工作氣體累取