快流式二氧化碳雷射中氮與氦角色的重新定位

以作者查詢圖書館館藏

、以作者查詢臺灣博碩士

、以作者查詢全國書目

、勘誤回報

、線上人數：11

、訪客IP：18.218.38.125

姓名

張勝雄(Sheng-Hsiung Chang) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學與工程學系

論文名稱

快流式二氧化碳雷射中氮與氦角色的重新定位

相關論文

★ 二氧化碳雷射輔助電漿激發式化學氣相沈積非晶形二氧化矽薄膜	★ 氫氣對二氧化碳雷射誘發化學氣相沈積法成長碳質膜之影響
★ 高功率棒型Nd:YAG雷射熱效應非敏共振腔之研究	★ 雷射穩頻之研究

檔案

[Endnote RIS 格式]

[Bibtex 格式]

[相關文章]

[文章引用]

[完整記錄]

[館藏目錄]

至系統瀏覽論文 ( 永不開放)

摘要(中)

自1964 年Patel 製成首具二氧化碳雷射以來，各項研究成果皆顯示雖然二氧化碳是雷射介質，但必須依賴適量的氮和大量的氦，才能在放電時協助二氧化碳有效建立居量反轉或增益。本論文實驗所得的混合比打破了慣例：只需少量的氦但需大量的氮。為探討其原因，本論文另設計CO2、N2 及He 混合氣體對CO2 雷射光吸收作用實驗、快速軸流CO2 雷射中最佳He 含量與放電電極距離關係之實驗和以DC 放電之CO2 雷射中最佳He 含量與放電電極距離關係之實驗等，期以實驗與理論來重新定位快流式二氧化碳雷射中氮與氦的角色。

論文目次

第1 章前言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 10
第2 章二氧化碳雷射的基本理論⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 15
2.1 CO2分子的轉動與振動結構⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 15
2.1.1 CO2分子的結構⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 15
2.1.2 CO2分子的能級⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 16
2.1.3 CO2雷射的能級躍遷原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 18
2.1.4 轉動能級和躍遷⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 18
2.2 二氧化碳雷射產生過程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 20
2.2.1 二氧化碳雷射的激發過程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 20
2.2.2 二氧化碳雷射的弛張過程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 22
2.2.3 量子效率與能量轉換效率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 23
2.2.4 溫度對CO2雷射的影響⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 25
第3 章N2與He在二氧化碳雷射中的傳統角色⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 35
3.1 N2在CO2雷射中扮演的角色⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 35
3.1.1 N2增加CO2雷射上能級的粒子數⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 35
3.1.2 N2降低電子平均溫度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 37
3.2 He在CO2雷射中扮演的角色⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 37
3.2.1 He 降低CO2雷射下能級CO2(1000)的居量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 37
3.2.2 He 降低氣體溫度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 41
3.2.3 He對CO2雷射上能級CO2(0001)居量的影響⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 42
3.2.4 He 對放電機制的影響⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 43
第4 章實驗架構與初步結果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 50
4.1 150kHz 放電快速軸流CO2雷射系統⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 50
4.1.1 雷射系統結構圖⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 50
4.1.2 電源供應系統示意圖⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 52
4.2 高頻放電原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 53
4.2.1 調整變壓器的漏電感(leakage inductance) ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 54
4.2.2 共振頻率(resonant frequency)偏移的修正⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 55
4.2.3 放電管之阻抗( impedance )Z⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 56
4.2.4 放電管電容電壓⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 57
4.3 以陶瓷材料Al2O3為放電管⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 58
4.3.1 放電管材質對雷射輸出功率的影響⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 58
4.3.2 最佳操作條件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 58
4.3.3 不同的氣壓下的最佳氣體比例與放電氣體的等效阻抗⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 59
4.4 He 功能的探討⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 60
4.4.1 He 擁有可降低及調節氣體阻抗的作用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 60
4.4.2 He 降低雷射氣體的溫度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 61
4.4.3 工業用流式CO2雷射氣體中，He 的含量仍較高的原因⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 61
4.4.4 無He 放電⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 62
4.4.5 此雷射氣體中N2多而He 少原因之探討⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 62
第5 章實驗証明氮與氦在快流式CO2雷射中的新功能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 73
5.1 CO2、N2及He 混合氣體對CO2雷射光吸收作用實驗⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 73
5.1.1 CO2雷射光吸收的實驗裝置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 73
5.2 快速軸流CO2雷射中最佳He 含量與放電電極距離關係之驗證⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 78
5.2.1 實驗裝置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 78
5.2.2 He 降低放電電阻(Rg)功能的探討⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 79
5.3 新建立He和N2之功能於其他CO2雷射系統中之驗証⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 81
5.3.1 DC 放電的CO2雷射系統⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 81
5.3.2 以13.6 MHz 射頻放電的快速軸流CO2雷射系統⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 82
5.3.3 其他高頻放電快速軸流CO2雷射系統⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 83
第6 章氮與氦在快流式CO2雷射中角色的重新探討⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 94
6.2 N2的角色⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 95
6.2.1 V-V 能量移轉⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 95
6.2.2 E/N 的值計算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 96
6.2.3 歸一化的電子分佈⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 97
6.2.4 CO2雷射下能級CO2 (01l0)居量的消除⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 97
6.3 He 的角色⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 98
第7 章結論⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 104
第8 章參考文獻⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 106

參考文獻

1 C. K. N. Patel , W. L. Faust and R. A. Mcfarlane: Bull. Am. Phys.Soc. 9(1964) 500
2 C. K. N. Patel.:Appl. Phys. Lett. 7 (1965) 15
3 G. Moeller and J. D. Rigde: Appl. Phys. Lett. 7 (1965) 274
4 W. J. Witteman: The CO2 Laser (Springer-Verlag Press, Berlin, Heidelberg) 53 (1987) 129
5 傅以勇:以共振逆變器激勵無聲放電快速軸流二氧化碳雷射，國立中央大學博士論文(1995)
6 周士翔:150kHz 無聲放電二氧化碳雷射氣體中氦氣功能之探討，國立中央大學碩士論文(1997)
7 楊晉坤:100kHz 級與150kHz 共振放電激發二氧化碳雷射之比較，國立中央大學碩士論文(1996)
8 盧明寬，150kHz 無聲放電二氧化碳雷射放電管長度對氣體比例的影響，國立中央大學碩士論文(1998)
9 Kuzumoto, S. Ogawa ,M. Tanaka and S. Yagi: IEEE J. Quant.Electr. Vol.26 No.6 (1990) 1130
10 辛建國，魏光輝，射頻橫向激勵擴散型冷卻CO2 激光器技術的進展與前景，中國激光，A21, 4 (1994) 371
11 高允貴，R.Dohlus，Helmut Paul，射頻激勵快速軸向流動CO2激光器的實驗研究，中國激光，19 July(1992) 7
12 S. H.Chang, M. K. Lu, M. F. Chang, H. P Liu. and W. C Yen.:Optics & Laser Tech. 30 (1998) 437
13 O. Svelto: Principles of Lasers (Plenum Press, New York) 3rd ed.(1989) 312
14 M. J. W. Boness, G. J. Schuulz: Phys. Rev. Lett. 21, 1031(1968)
15 J. J. Lowke, A. V. Phelps and B. W. Irwin: J. Appl. Phys., 44 (1973) 4664
16 W. J. Witteman: The CO2 Laser (Springer-Verlag Press, Berlin,Heidelberg) 53 (1987) 67.
17 S. C. Willett: Introduction to Gas Lasers: Population Inversion Mechanisms (Pergamon Press, Oxford) 67 (1974) 265
18 M. J.Weber and T. F.Deutsch: IEEE J. Quant. Electr. QE-2 (1966) 369
19 R. D. Hake and A. V. Phelps: Phys. Rev. Lett 158 (1967) 70
20 C. K. N. Patel: Appl. Phys. Lett. 13 (1965) 617
21 P. O.Clark and M. R Smith: Appl. Phys. Lett. 9 (1966) 367
22 T. G. Roberts, G. J. Hutcheson, J. J. Ehrlich, W. L. Hales, and T. A. Barr: IEEE J. Quant. Electr. QE-3 (1967) 605
23 G.Moeller and J. D. Rigden: Appl. Phys. Lett. 7 (1965) 274
24 Sobolev, N. N. and Sokovikov, V. V., JEPT Lett. 5 (1967) 99
25丁勝懋雷射工程導論，中央圖書出版社第四版(1992) 182
26 Sviridov, A. G., Sobolev, N. N. and Tselikov, G. G., JEPT Lett. 6 (1967) 62
27 B. M. Smirnov: Ions and Excited Atoms in Plasma : Atomizadat, Moscow (1974)
28 傅以勇、閻偉中、劉海北、酈唯誠，電弧塗層螺旋電極無聲共振放電二氧化碳雷射: 中國激光vol. A23，No.5 (1996) 389
29 M. Kuzumoto, S. Ogawa, M. Tanaka and S. Yagi: IEEE J. Quantum Electron. 26 (1990) 1130.
30 E. Clavier, M. Gastaud, H. Brunet: Gas Flow And Chemical Lasers, Proc. SPIE 1810 (1992) 117.
31 周士翔、張勝雄、閻偉中、鄭劭家、劉海北，低(免)氦無聲共振放電激發二氧化碳雷射，台灣光電產業技術發展研討會(1997) 233
32 G. J. Schulz, Phys. Rev. 135A (1964) 988
33 M. Kuzumoto, S. Ogawa, M. Tanaka and S. Yagi: IEEE J. Quantum Electron. 26 (1990) 1130
34 K. Bulthuis: J. Chem. Phys., 58 (1973) 5786
35 M. C. Gower and A. I. Carswell: J. Appl. Phys., 45 (1974) 3922
36 R. L. Taylor and S. Bitterman: Rev. Mod. Phys., 41 (1969) 26
37 G. J. Schulz, Phys. Rev. 125 (1962) 229
38 J. J. Lowke, A. V. Phelps and B. W. Irwin, J. Appl. Phys., 44 (1973) 4664
39 S. C. Willett: Introduction to Gas Lasers: Population Inversion Mechanisms, Pergamon Press, Oxford, 67 (1974) 279
40 Y. P. Raizer: Gas Discharge Physics , Springer-Verlag Press, Berlin, Heidelberg, (1991) 59

指導教授

劉海北(Hai-Pei Liu)

審核日期

2002-10-30

推文