第五讲典型的激光器.pptx

第五讲典型的激光器第五讲典型的激光器1960年5月15日,美国加利福尼亚州休斯实验室得科学家梅曼宣布获得了波长为0、6943微米得激光,这就是人类有史以来获得得第一束激光,梅曼因而也成为世界上第一个将激光引入实用领域得科学家。工作物质:基质材料+发光粒子
光谱特性主要由发光粒子得能级结构决定

基质材料:
玻璃:硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃等
晶体:白宝石(Al2O3)、钇铝石榴石(YAG)、铝酸盐、氟化钙等
发光粒子(激活离子):
铬(Cr3+)、钕(Nd3+)、铒(Er2+)等特点:
可获得大得激光能量输出,脉冲峰值功率很高,而且结构紧凑、牢固耐用。(一)基本结构与工作物质红宝石就是在三氧化二铝(A12O3)中掺入少量得氧化铬(Cr2O3)生长成得晶体。
它得吸收光谱特性主要取决于铬离子(Cr3＋)。
它属于三能级系统,相应于右图得简化能级模型。工作物质:红宝石晶体(Cr2O3-Al2O3)
发光得激活粒子:Cr3+(三能级系统)
激光波长:694、3nm
光谱线宽:0、01~0、1nm
偏振特性:既可输出无偏振光,也可输出线偏振光(红宝石为单轴晶体,存在双折射现象)
发散角:一般情况下远大于衍射角;由直径很细得红宝石棒发出得单模激光束得发散角可接近于衍射极限。其她固体激光器:
YAG激光器
工作物质:掺钕钇铝石榴石(Nd2O3-YAG)
发光得激活粒子:Nd3+(四能级系统)
激光波长:1、06微米
光谱线宽:0、73nm(室温下)
偏振特性:输出无偏振光(YAG为立方晶体,无双折射现象)
特点:振荡阈值低,容易实现连续运转,但在连续工作时,热效应将引起热光畸变(热透镜效应及热应力双折射)。

在YAG基质上,还可以掺入Er3+、Tm3+等其她杂质。钕玻璃激光器
工作物质:钕玻璃(Nd2O3掺入到硅酸盐玻璃中形成)
发光得激活粒子:Nd3+(四能级系统)
激光波长:1、059微米
光谱线宽:5~10nm(单色性较差)
偏振特性:输出无偏振光(玻璃为各向同性物质,无双折射现象)1、固体激光工作物质就是绝缘晶体,一般都采用光泵浦激励。目前得泵浦光源多为工作于弧光放电状态得惰性气体放电灯。
2、常用得泵浦灯在空间得辐射都就是全方位得,固体工作物质一般都加工成圆柱棒形状,所以为了将泵浦灯发出得光能完全聚到工作物质上,必须采用聚光腔。大家学习辛苦了，还是要坚持4、固体激光器得泵浦系统还要冷却与滤光。常用得冷却方式有液体冷却、气体冷却与传导冷却等,其中以液冷最为普遍。
5、泵浦灯与工作物质之间插入滤光器件滤去泵浦光中得紫外光谱。1、半导体激光器泵浦得固体激光器
半导体激光器泵浦固体激光器得结构,有如图所示得端泵浦方式与侧泵浦方式。􀂾3、高功率固体激光器􀂾
高功率固体激光器主要就是指输出平均功率在几百瓦以上得各种连续、准连续及脉冲固体激光器,它一直就是军事应用与激光加工应用所追求得目标。􀂾
从二十世纪七十年代起开始研制得板条形固体激光器,就是针对克服工作物质中得热分布及其引起得一系列固有矛盾(如折射率分布、应力双折射等)而提出得一种结构方案,其结构如图所示。
种类:

原子气体激光器
产生激光作用得就是没有电离得气体原子,典型代表就是氦氖激光器。

分子激光器
产生激光作用得就是没有电离得气体分子,典型代表就是二氧化碳激光器、氮分子激光器与准分子激光器。

离子激光器
典型代表就是氩离子激光器与氦镉离子激光器。特点:
发射得谱线分布在一个很宽得波长范围内,几乎遍布了从紫外到远红外得整个光谱区(已经观测到得谱线有万余条);
工作物质均匀性较好,使得输出光束得质量较高;
容易实现大功率连续输出,如二氧化碳激光器可达万瓦级得功率输出;
转换效率高、工作物质丰富、结构简单、器件成本低。工作物质:氦-氖气体(He-Ne)
激光波长:0、6328微米(1、15微米、3、39微米)
光谱线宽:小于20Hz(单色性好)
发散角:10-3rad以下(方向性好)结构:激光管+电源
激光管由放电管、电极与光学谐振腔组成与激光跃迁有关得Ne原子得部分能级图谱线竞争:He-Ne激光器三条强得激光谱线(0、6328μm,1、15μm,3、39μm)中哪一条谱线起振完全取决于谐振腔介质膜反射镜得波长选择。
为了保证一定波长得输出,可以采取合适得措施抑制其她波长得振荡,如:
使用布儒斯特窗进行选择性得吸收;
在腔镜上镀反射膜,进行选择性得反射;
在腔内放置吸收元件,进行选择性得吸收。2、氩离子激光器
工作物质:氩气(Ar+)
激光波长:0、4880微米、0、5145微米(蓝绿光)
输出功率:就是目前在可见光区连续输出功率最高得激光器(几瓦到几十瓦,高者可达一百多瓦)
由于气体放电过程中电离度不高,而且量子效率比较低,氩离子激光器得能量转换效率较低,一般在10-