激光器的基本结构

1、激光器的基本结构1、激光工作介质激光的产生必须选择合适的工作介质，可以 是常体、液体、固体或半导体。在这种介质中可以实现粒子数反 转，以制造获得激光的必要条件。显然亚稳态能级的存在，对实 现粒子数反转世非常有利的。现有工作介质近千种，可产生的激 光波长包括从真空紫外道远红外，非常广泛。作为激光器的核心，是由激活粒子（都为金属）和基质两部分组成，激活粒子的 能级结构决定了激光的光谱特性和荧光寿命等激光特性，基质主 要决定了工作物质的理化性质。根据激活粒子的能级结构形式， 可分为三能级系统（例如红宝石激光器）与四能级系统（例如 Er： YAG激光器）。工作物质的形状目前常用的主要有四种：圆柱 形（

2、目前使用最多）、平板形、圆盘形及管状。2、激励源为了使工作介质中出现粒子数反转，必须用一定的 方法去激励原子体系，使处于上能级的粒子数增加。一般可以用 气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发介质原子，称为电 激励；也可用脉冲光源来照射工作介质，称为光激励；还有热激 励、化学激励等。各种激励方式被形象化地称为泵浦或抽运。为 了不断得到激光输出，必须不断地“泵浦”以维持处于上能级的 粒子数比下能级多。泵浦源能够提供能量使工作物质中上下能级 间的粒子数翻转，目前主要采用光泵浦。泵浦光源需要满足两个 基本条件：有很高的发光效率和辐射光的光谱特性应与工作物质 的吸收光谱相匹配。常用的泵浦源主要有惰性气

3、体放电灯、太阳 能及二极管激光器。其中惰性气体放电灯是当前最常用的，太阳 能泵浦常用在小功率器件，尤其在航天工作中的小激光器可用太 阳能最为永久能源，二极管(LD)泵浦是目前固体激光器的发展方 向，它集合众多优点于一身，已成为当前发展最快的激光器之 一。LD泵浦的方式可以分为两类，横向：同轴入射的端面泵浦； 纵向：垂直入射的侧面泵浦。LD泵浦的固体激光器有很多优点，寿 命长、频率稳定性好、热光畸变小等等，当然最突出的优点是泵 浦效率高，因为它泵浦光波长与激光介质吸收谱严格匹配。3、聚光系统聚光腔的作用有两个，一个是将泵浦源与工作物 质有效的耦合；另一个是决定激光物质上泵浦光密度的分布，从 而影

4、响到输出光束的均匀性、发散度和光学畸变。工作物质和泵 浦源都安装在聚光腔内，因此聚光腔的优劣直接影响泵浦的效率 及工作性能。椭圆柱聚光腔是目前小型固体激光器最常采用的。4、光学谐振腔：由全反射镜和部分反射镜组成，是固体激光 器的重要组成部分。光学谐振腔除了提供光学正反馈维持激光持 续振荡以形成受激发射，还对振荡光束的方向和频率进行限制， 以保证输出激光的高单色性和高定向性。最简单常用的固体激光 器的光学谐振腔是由相向放置的两平面镜(或球面镜)构成。5、冷却与滤光系统：是激光器必不可少的辅助装置。固体激 光器工作时会产生比较严重的热效应，所以通常都要采取冷却措 施。主要是对激光工作物质、泵浦系统和聚光腔进行冷却，以保 证激光器的正常使用及器材的保护。冷却方法有液体冷却、气体 冷却和传导冷却，但目前使用最广泛的是液体冷却方法。要获得 高单色性的激光束，滤光系统起了很大的作用。滤光系统能够将 大部分的泵浦光和其他一些干扰光过滤，使得输出的激光单色性