激光器发明很早，但也是近20年前才大规模进入到工业加工领域，激光器光束具有光学质量高，相干性好，线宽窄，工作稳定等优点，所以对于钢板材料的加工，比如焊接、切割、打孔和表面处理等，都难以避免要用到，同时在国民经济和国防上也有许多其他应用，比如通讯、雷达、化学分析，激光诱发化学反应，外科手术等方面。虽然不可否认是光纤激光器的发展对CO2激光器的一些应用市场带来了较大冲击，尤其在金属加工领域，但CO2激光器作为非金属加工领域不可替代的工具，基于本身独特的波长，优势显著，并且也一直在开辟新的应用。下面我们从原理上介绍下CO2激光器：
二氧化碳、氮气、氦气通常作为CO2激光器的工作气体，利用CO2分子振动-转动能级间的跃迁，且在10μm波段附近有比较丰富的谱线，在适当条件下，施加高压直流电使CO2分子处于激发态以产生光子，并在谐振腔内震荡放大，累计到输出窗口镜有一定功率的激光透出，激光器能量放大到一定程度后，就可以形成用于材料加工的高能量激光束。
CO2激光器的谐振腔通常采用平凹腔，反射镜选用由K8光学玻璃或光学石英加工成大曲率半径的凹面镜，在镜面上镀有高反射率的金属膜（常规镀金），使得波长为10.6μm的光反射率达98.8％，且化学性质安稳。谐振腔的设计至关重要，需要在不影响光束质量的前提下保证波长纯度，生产出高品质的圆形光束，同时近高斯光束在焦点处产生高能量密度，可以使加工速度更快，同时CO2激光器的输出波段正好是大气窗口，即大气对这个波长的透过率较高。
相较其他气体激光器，CO2激光器的能量转换效率可达30～40%，常规CO2激光器的结构如下图1.1所示：
图1.1
CO2激光器通常工作介于9.2-10.6μm之间的中红外波段，常用的是9.3μm和10.6μm，近年来发现的高气压CO2激光器，甚至可做到从9～10μm间连续可调谐的输出。目前主要有玻璃管和金属腔两种，玻璃管成本低，损耗大，寿命易受影响；金属腔通常采用封离式设计，体积小且功能强大，维护成本低，坚固耐用，相干Coherent和新锐Synrad具有代表性。
另外，QCL激光器，即量子级联激光器，同样可以输出对应波长，但QCL激光器在功率方面目前有较大限制，很难实现高功率输出，而CO2激光器很容易实现高功率输出，同时与CO2激光器相比，仍旧存在一些根本局限性，如在空间光斑模式、光谱纯度和输出功率等方面，这些光学特征在一些应用中非常关键，如干涉学、光谱学、光子探测、隔离检测、光纤处理方面的精准加热、自由曲面光学元件检测等。
非接触式的激光加工减少了被加工材料的尺寸问题，有助于精密零件制造。只要光束稳定并聚焦在工件上，激光加工相对非激光加工来说就有显著的成本优势。低功率CO2激光器主要为电子工业、非金属加工业和部份医疗和研究单位所使用。中高功率激光是目前CO2激光加工设备的主流，主要用于钣金代工业，也有少部份机器为工厂自行使用的生产设备。
CO2激光的常规加工应用，技术比较单纯，加工条件也较容易掌握，一般说来没有工艺上的问题。但比较特殊的精细加工技术，比如精密焊接、硬面处理、立体加工和陶瓷加工等，在熟悉特殊工艺和掌握加工条件的前提下，需要精确控制激光器的波长，波形和能量，否则会严重影响加工的精度，进而影响激光特种加工应用市场的开展和前景。
同时前面提到光纤激光器在发展过程中，在一些领域里逐步取代CO2激光器，但是CO2激光器能够参与到光纤激光器的制造中，大功率的光纤激光器对光纤的纯度要求极高，用传统的方法加工很容易引入一些杂质，因此很多客户会使用CO2激光器来加工光纤激光器的相关零件，这对CO2激光器的波长和功率等参数要求都是非常高的。
对于波长来说，材料对激光能量的吸收率会随波长的变化而变化，而波长的变动会导致不同的加工结果。这不是用户所期望的，特别是在需要高度一致的、重复性电子产品加工应用中。因此，我们需要抑制波长变化以实现稳定一致的质量，减少加工缺陷及衍生成本，以增加产能。对于波形和能量来说，在精细加工领域，微小的激光能量变化会导致加工精度产生严重偏置，从而极易产生残次品和材料浪费。
图1.2
图1.3
综上所述，CO2激光器是利用材料对该类型辐射的高吸收率，能够非接触式地对材料进行改性，从而实现加工要求，然而在精细加工和某些特种加工领域，需要对谱线的频率精度和频率稳定度，以及线宽和光斑模式上有严格控制，基于这类场景的应用，自然是需要对应的探测器在与CO2激光器在相同的光谱范围内工作，以期够实现光束的精确控制和定位。
波兰VIGO System作为红外领域的专家，有着30多年丰富的探测器制造经验，提供多种制冷和非制冷的红外探测器，针对2-16µm的波长进行了优化，热信号对探测器的光信号影响很小。同时根据实际应用需求，可以匹配各种光敏源尺寸，并且基于不同层次的应用，有探测器裸管和模块的可选项。
另外，VIGO System的研究团队还开发了多元线性或者四象限探测器，非常适合用于CO2激光器的定位，四象限象探测器有四个互相独立而又完全相同的光电二极管组成，当光入射到传感器上时，每个探测器产生光电流，根据这些信号，利用合适的A/D转换器确定差分信号，可以精确定位。
深圳市唯锐科技有限公司作为波兰VIGO System在国内指定且值得信赖的合作伙伴，一直致力于提供最合适的CO2激光器监测和定位方案，助力用户拓展应用和开辟新市场。
图1.4
图1.5