1-5 激光器举例.ppt

1 5激光器举例 一 固体激光器二 气体激光器三 液体激光器四 半导体激光器 按工作物质的类型不同 激光器可以分为 一 固体激光器激光工作物质 固体激光器一般使用晶体或玻璃作基质 在其中掺入不同离子作激活粒子 光学谐振腔 棒的两端磨的很光滑 平行度很高 镀上反射膜以后就可以当反射镜组成光学谐振腔 泵浦源 使用普通强光源 如氙灯等 优点 输出功率大 体积小 坚固 贮存能量的能力较强 适合实现Q开关 锁模等技术 一 红宝石激光器红宝石激光器用红宝石晶体棒 Al2O3 作基质 掺入少量铬离子 Cr 3 镶嵌在三氧化二铝的晶格中 铬离子的能级系统属于三能级系统 如下图 特点 红宝石激光器激光输出波长只有0 6943um另外 又由于铬离子的能级系统要想实现粒子数反转对抽运速率的要求较高 故红宝石激光器不易实现连续激光输出 通常都是脉冲式工作 二 掺钕激光器钕激光器与掺钕钇铝石榴石激光器 YAG 都是用钕离子 Nd 3 作为激活粒子的 前者是用玻璃作基质 后者用钕钇铝石榴石晶体作基质 这种晶体是由Y2O3和Al2O3按照3 5的比例化合而成 又称YAG晶体 钕离子的能级系统属于四能级系统 如下图 钕离子作为激光工作物质特点 尺寸长 均匀性好 易加工 价格低等 并且有较高的效率 因而可以做成大能量器件 钕离子 钕玻璃激光器特点 输出的激光单色性很差 包含的模式多 所以它常常被用于锁模激光器 YAG的特点 1 YAG晶体的导热率是玻璃的14倍 因此工作过程中的热量很容易散发 2 YAG的熔点为1970 而玻璃的软化点约为660 这样的激光器可以承受更高的辐射功率 3 YAG输出激光的单色性能比钕玻璃激光器好 4 YAG激光器产生激光振荡所需满足的阙值条件比钕玻璃激光器更低些 因此他可以连续输出激光 而钕玻璃激光器一般仍是脉冲输出 二 气体激光器激光工作物质 气体 它是目前应用最为广泛的一类激光器 激活粒子可以是原子 分子或离子 如氦氖激光器是原子气体激光器 二氧化碳激光器是分子气体激光器 氩离子激光器是离子气体激光器 泵浦源 通常 气体激光器靠气体放电来进行泵浦 可以是直流放电 也可以是交流放电 优点 1 单色性 方向性都比其它激光器要好 2 输出激光器的频率很稳定 3 由于大多数气体激光器的激光下能级为非基态 对泵浦功率的要求不高 因此很容易获得稳定连续的激光输出 应用 测量 通讯 全息术 机械加工等方面 这里以最典型的氦氖激光器 二氧化碳激光器及氩离子激光器为例来分析它们的工作原理 一 氦氖激光器氦氖激光器 He Ne 是继红宝石激光器后出现的第二种激光器 也是目前使用最为广泛的激光器 二 二氧化碳激光器 突出优点 1 功率大 能量转换率高 一般的二氧化碳激光器可以做到几十W的连续输出功率 近年来发展的大功率的气动二氧化碳激光器则达到了几十万W的输出功率 2 二氧化碳激光器有丰富的谱线 在10um附近有几十条谱线 高气压的二氧化碳激光器甚至可以做到从9um到10um的连续可调谐输出 3 由于二氧化碳激光器中的10 6um光谱线正好处在大气窗口中 也就是大气对此波长的透明度较高 因此二氧化碳激光器输出的激光束能在大气中传输较远的距离 应用 各种机械加工 包括打孔 切割 焊接等 激光通讯 激光雷达 激光武器以及激光治疗等 三 氩离子激光器 三 液体激光器激光工作物质 激光溶液 溶剂有无机溶剂和有机溶剂两类 其中有机溶液激光器中 燃料激光器使用较为广泛 基本结构 燃料池 谐振腔 泵浦光源染料溶液的循环及过滤系统 工作方式 有连续的或脉冲的 优点 1 通过改变溶液的组成 染料的种类 浓度和温度 燃料池的长度 可以使输出激光的波长从0 34um 1 2um的范围内连续可调 2 此外 染料激光器的增益 效率都比较高 价格低廉 容易制备 光学均匀性好 有利于冷却 缺点 发散角较大 某些溶液有毒性和腐蚀性 四 半导体激光器激光工作物质 半导体材料作 如单元素的碲 双元素的砷化镓 硫