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各种激光原理,林盛杰 S201202058,第三章 典型激光器,一、激光器的基本结构,主要内容：,一、 激光器的基本结构 激光器的基本结构由工作物质、泵浦源和光学谐振腔三部分构成。,激光器的基本结构,工作物质是激光器的核心,是激光器产生光的受激辐射放大作用源泉之所在。 泵浦源为在工作物质中实现粒子数反转分布提供所需能源。工作物质类型不同,采用的泵浦方式不同。 光学谐振腔则为激光振荡的建立提供正反馈,同时,谐振腔的参数影响输出激光束的质量。,第一节 概述,二、分类及输出特性 1） 气体激光器 气体和金属蒸气作为工作物质。 激励方式 气体激光器一般采用气体放电激励,还可以采用电子束激励、热激励、化学反应激励等方式。,第一节 概述,波长范围： 气体激光器波长覆盖范围主要位于真空紫外远红外波段 特点： 激光谱线上万条,具有输出光束质量高(方向性及单色性好)、连续输出功率大(如CO2 激光器)等输出特性,其器件结构简单,造价低廉。 应用 气体激光器广泛应用于工农业生产、国防、科研、医学等领域,如计量、材料加工、激光医疗、激光通信、能源等方面。 1961年,第一台气体激光器He-Ne激光器问世。,第一节 概述,2)固体激光器 固体激光器以固体激光介质作为工作物质。 固体工作物质通常是在基质材料,如晶体或玻璃中掺入少量的金属离子(称为激活离子),激光跃迁发生在激活离子的不同工作能级之间。用作激活离子的元素可分为四类: 三价稀土金属离子、二价稀土金属离子、过渡金属离子和锕系金属离子。 固体激光器的典型代表是红宝石(Cr3+:Al2O3 )激光器、掺钕钇铝石榴石(Nd3+:YAG)激光器、钕玻璃激光器和掺钛蓝宝石(Ti 3+:Al2 O3 )激光器。,第一节 概述,固体激光器多采用光泵浦,泵浦光源主要有闪光灯和半导体激光二极管两类。 固体激光器的波长覆盖范围主要位于可见光近红外波段,激光谱线数千条,具有输出能量大(多级钕玻璃脉冲激光器,单脉冲输出能量可达数万焦)、运转方式多样等特点。器件结构紧凑、牢固耐用、易于与光纤耦合进行光纤传输。 固体激光器主要应用于工业、国防、科研、医学等领域,如激光测距、材料加工、激光医疗、激光光谱学、激光核聚变等方面。,第一节 概述,3)液体激光器 液体激光器的工作物质分为二类:一类为有机化合物液体(染料),另一类为无机化合物液体。其中,染料激光器是液体激光器的典型代表。常用的有机染料有四类:吐吨类染料、香豆素类激光染料、恶嗪激光染料和花青类染料。 染料激光器多采用光泵浦,主要有激光泵浦和闪光灯泵浦 染料激光器的波长覆盖范围为紫外到近红外波段(300nm1.3m),通过混频等技术还可将波长范围扩展至真空紫外到中红外波段。激光波长连续可调谐是染料激光器最重要的输出特性。器件特点是结构简单、价格低廉。染料溶液的稳定性比较差是这类器件的不足。 染料激光器主要应用于科学研究、医学等领域,如激光光谱学、光化学、同位素分离、光生物学等方面。 1966年,世界上第一台染料激光器由红宝石激光器泵浦的氯铝钛花青染料激光器问世。,第一节 概述,4)半导体激光器 半导体激光器也称为半导体激光二极管,或简称激光二极管(LaserDiode,缩写LD)。由于半导体材料本身物质结构的特异性以及半导体材料中电子运动规律的特殊性,使半导体激光器的工作特性有其特殊性。 半导体激光器以半导体材料为工作物质。常用的半导体材料主要有三类:(1)A A 族化合物半导体,如砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)等。(2) B A族化合物半导体,如硫化镉(CdS)等。(3)AA族化合物半导体,如碲锡铅(PbSnTe)等。 根据生成pn结所用材料和结构的不同,半导体激光器有同质结、异质结(单、双)、量子阱等多种类型。 半导体激光器采用注入电流方式泵浦。,第一节 概述,半导体激光器波长覆盖范围一般在近红外波段(920nm1.65m),其中1.3m与1.55m为光纤传输的两个窗口。 半导体激光器具有能量转换效率高、易于进行高速电流调制、超小型化、结构简单、使用寿命长(一般可达数十万乃至百万小时以上)等突出特点。 半导体激光器广泛应用于光纤通信、光存储、光信息处理、科研、医疗等领域,如激光光盘、激光高速印刷、全息照相、办公自动化、激光准直及激光医疗等方面。 1962年,世界上第一台半导体激光器GaAs激光器问世。,第一节 概述,5) 光纤激光器 工作物质:以掺入某些激活离子的光纤,或者利用光纤自身的非线性光学效应制成的激光器。 分类： 晶体光纤激光器、稀土类掺杂光纤激光器、塑料光纤激光器和非线性光学效应光纤激光器。 泵浦方式主要采用半导体激光二极管泵浦。 特点： 光纤激光器是一种