第3章 プロセス装置

2. プロセス用レーザー

2. CO2レーザー

著者:安井 公治

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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