第３章　2.2 CO₂レーザー

2.1 CO₂レーザーの基本原理

CO₂レーザーはCO₂を含む混合ガス中の放電によって励起する。一般的なCO₂レーザー用ガスに含まれるガスの種類はCO₂、N₂、HeなどでありCO₂が10%程度、N₂ガスが50%程度を占める。CO₂レーザーは分子の内部振動（分子内の原子の相対位置の振動）によるエネルギー準位を利用しており、CO₂レーザーの代表的な発振波長である10.6/μmの発振は図1に示すよっな振動のモード間の遷移によって起こされる。
放電によるN₂の励起効率はCO₂に比べて高く、またそのエネルギー準位はCO₂の上位準位と非常に近いため、N₂への励起を活用してCO₂の上位準位への効率的な励起が実現できる。図2にCO₂レーザーのエネルギー準位図を示すが、N₂の振動エネルギーは衝突により速やかにCO₂の上位準位に移行する。
また、CO₂の下位準位は基底準位と非常に近く、ガスの温度上昇によって容易に励起され、発振効率の低下を招く。この下位準位の励起を抑制するためにHeが活用されている。また、レーザーガスを循環させ、温度が上昇したレーザーガスを励起空間から取り去ることにより発振効率の低下を抑制する。

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