激光元器件的选择.ppt

1、B、1、激光元件选择、固态激光实验室范本杰、晶体材料选择的基本要求、激光基本元件的调Q以及其他非线性光学技术的元件、晶体材料选择的主要内容、基本要求，针对设计本身所要求的光学指标，结合晶体材料的光学特性，选择合适的光学材料主要指标有效作用波长范围有效作用类型晶体有效作用强度合适的晶体尺寸和形状与结构要求相匹配， 晶体器件的材料选择，晶体加工的基本要求指标，选择合适的光学器件和合适的晶体材料，并结合晶体的实际使用情况选择合适的加工指标。 加工指数(参照美国标准要求)尺寸公差：0.1毫米净孔径：90%平面度：10 632.8纳米平行度：10横向垂直度：5波前畸变：/8 632.8纳米、泵浦源、输出

2、镜、全反射镜、激光器的基本元件，由工作物质、谐振腔和泵浦源组成。工作物质是激光的核心，其功能是为激光的产生提供反向粒子的数量；谐振腔是激光器的重要组成部分，它不仅是激光振荡的必要条件，而且对输出激光的模式、功率和光束发散角有很大影响。泵浦源是为实现粒子数反转提供外部能量的系统。工作物质，激光晶体，高光学质量和荧光量子效率，可以掺杂更高浓度的活性离子，长荧光寿命，掺杂的活性离子具有有效的激发光谱和更大的受激发射截面，对某一泵浦源具有很强的光谱吸收，良好的物理、化学和机械性能，高热导率，小热膨胀系数，高机械强度和高功率密度，化学稳定性好，制备简单，易于加工，成本低，尺寸足够大。红宝石(Cr3 :A

3、l2O3)、六方晶体和负单轴晶体均可通过粉红提拉法生长，Nd3 :YAG在钇铝石榴石晶体的基础上掺入适量的三价稀土钕离子(Nd3)，其中Nd3取代YAG中的部分钇离子，晶体呈淡紫色，综合性能最佳。Nd3 : YAG，946 nm 1064 nm 1319 nm，高增益，高增益系数，低阈值，1.06 m处的低损耗，1064 nm处的高效率和低光吸收，高功率，高机械强度，高光学质量，良好的机械性能和光学质量，允许各种操作模式(连续、脉冲、调Q、锁模)的材料特性适用于各种工作模式(连续、脉冲、调Q、锁模)，优点来自福建傅晶科学技术有限公司钕：钇铝石榴石吸收光谱，钕3360钇铝石榴石在300千焦时的吸

4、收光谱。从图中可以看出，在大于400纳米的波长范围内主要有五个吸收光谱带。 中心波长分别约为520纳米、585纳米、750纳米、810纳米和870纳米，每个带宽约为30纳米，其中750纳米和810纳米是最重要的两个吸收带。杆套，两端涂有1064nm的抗反射膜，以防止自激振荡。Nd:YVO4晶体是一种性能优异的激光晶体，适用于制造激光二极管泵浦，特别是低功率激光器。目前Nd:YVO4激光器已广泛应用于机械、材料加工、光谱学、晶片检测、显示、医学检测、激光打印、数据存储等领域。掺钕钒酸钇(Nd:YVO4)，914 nm，1064 nm，1342 nm，Nd:YVO4吸收光谱，中心波长约585nm，

5、750nm，810nm，Nd3360YVO4 S优于Nd3360YAG，在约808nm的宽泵浦带宽上高达约5倍大的吸收效率，泵浦带宽约为808nm。在1064纳米的激光波长下，它的受激辐射截面大约是3倍的5倍。1064 nm处的受激发射截面比Nd:YAG低3倍。激射阈值和更高的斜率效率具有低的光学损伤阈值和高的斜率效率，作为具有大双折射系数的单轴晶体，其发射是线性偏振的双轴晶体，并且其输出是线性偏振的。由于Nd:YVO4的泵浦波段较宽，其激光性能能够更好地适应半导体激光器的温度变化。由于吸收截面大，吸收系数大，导热系数小，适合用于薄板纵向泵浦的低功率激光器。掺钛蓝宝石Ti :被广泛应用于高输出

6、功率、高增益、宽带可调谐超短脉冲激光器。可调谐波长覆盖范围为700-1000纳米，这使得ti :在许多应用中取代了染料激光器。掺钕钒酸钆晶体Nd:GdVO4是激光二极管泵浦的全固态微型激光器的理想激光工作物质，它比钒酸钇具有更好的热导率和更高的输出功率，因此在高功率DPSS使用nd3360gdvo4的效果优于使用Nd:YAG和Nd:YVO4的效果。掺钕钨酸钆钾nd : GD(wo4)2是一种新的激光工作物质，输出波长为1067nm，与掺钕钇铝石榴石激光晶体Nd:YAG相似，但能独立完成拉曼自转换，是一种性能优异的固体拉曼介质。泵浦源是为实现粒子数反转提供外部能量的系统。激光的粒子数反转是通过外

7、部能量激发(或激发、激发)实现的。主要激发方式有光激发、放电激发、热能激发、化学能激发和核能激发。固态激光器通过光泵浦工作。电源的电能首先转化为泵浦光源的光能，然后转化为固体激光工作物质的储能。它可分为两类：连续和脉冲固态激光电源，即泵浦源和脉冲氙灯，它在很短的时间内产生高强度闪光。它可以将足够的电能转化为光能辐射，从而激活离子吸收。氙在化学上是惰性的，既不易燃也不助燃。天然稀有气体具有最高的分子量和密度。上海光学精密机械研究所，脉冲氙灯，890220。氙灯的发射光谱如图所示。其峰值波长约为800纳米和900纳米，相当于钕3360钇铝石榴石吸收宽带。氙灯在这个波段有很强的发射光谱。氙灯发射光谱

8、和Nd3360 YAG吸收光谱。氪灯是固态激光器的泵浦光源。由于其发光光谱与钕：钇铝石榴石晶体的吸收带相匹配，且相对光能利用率高，是目前我国钇铝石榴石连续固体激光器最重要的光泵光源。连续氪灯，通常有一个圆头，有一根红色的电源线；尖点的表示是负的，一般采用黑色的电源线，氪灯的光谱特性，峰值波长在760纳米、820纳米和900纳米附近，这与Nd3 :YAG的吸收带相匹配。连续小能量输出(10 J)脉冲YAG激光器的激发效率相对较高。对于大型激光器，最好使用辐射能量更大、效率更高的脉冲氙灯。谐振腔，谐振腔作用于输出激光，形成正反馈，限制模式数(开)，压缩带宽，延长光子寿命。光学谐振腔是激光器的重要组

9、成部分。普通谐振腔由两个球面镜或平面镜组成，球面镜的形状和结构参数直接影响激光器的功率输出、光束发散角、光束质量、激光模式、光斑尺寸和谐振频率。谐振腔结构参数的合理选择是固体激光技术中的一个重要问题。BK7是一种硼硅酸盐光学玻璃，具有稳定的化学性质和均匀的材料。它用于小型反射镜和透射光学部件的基底，并在3002000纳米的波长范围内具有高透射率。金属反射膜和介质反射膜，平腔，平面镜，凹面镜，介质膜反射率曲线，532纳米，1064纳米。如果开关突然打开，Q值高，激光器的增益将远远超过损耗，储存的能量将以短(ns)和强光脉冲的形式释放。对工作物质的要求很高：形成时间不要太长；亚稳态寿命较长；粒子荧

10、光光谱的线宽容易积累；泵浦光的光谱成分被充分利用。电光调Q技术的电光效应电光调Q一些晶体制成电光开关，具有开关时间短、同步精度高、系统稳定可靠、输出脉冲窄、被动调Q吸收激光波长光强等特点。随着入射光强的增加，吸收系数减小。当声光调Q光通过介质中的超声场时，激光的调Q值受衍射引起的偏转控制，重复频率高(千赫/秒)。稳定中等功率输出，高重复率，电光调Q，开关时间短，同步精度高，系统稳定可靠，输出脉冲晶体窄，光吸收和散射小，电阻率大，介质损耗角小，化学稳定性好，机械和热性能好，半波电压低等。良好的紫外透射率具有优异的紫外透射率、高损伤阈值、高双折射、高双折射和用于倍频。室温下钕：钇铝石榴石激光器的脱

11、扣和四倍放大用作高电光系数钕3360钇铝石榴石激光器的第二、第三和第四倍频器(室温下)。广泛用作调Q开关的电光系数高的特点，用于制作调Q开关，磷酸二氢钾(KD*P)，基本性能，铌酸锂(LiNbO3)， 大电光和声光系数大电光和声光系数常用于波克尔盒和调Q器的材料广泛用于波克尔盒，电光调Q器广泛用作波长为1000纳米的频率倍增器和在1064纳米泵浦的opo，以及QPM装置广泛用于1000纳米以上波长的倍频和1064纳米泵浦光的光学参量放大，也可用于准相位匹配。 KD*P与ln不同，KD * p为纵向压力，LN为横向压力KD * p，电压高于LN晶体，LN具有较好的光学均匀性，不潮解的LN具有较低

12、的抗损伤性，布鲁斯特偏振器主要用于分离S偏振和P偏振。布鲁斯特角入射角适用于大于100:1的高功率消光比。格兰激光偏振器的气隙带宽覆盖了两个高偏振度的逃逸窗口，接近布鲁斯特切割角。它适用于高功率激光。消光比输出最大光强与最小光强之比，这是测量偏振元件的一个重要指标参数。利用激光腔中的可饱和吸收晶体可以实现被动调Q。这种调Q是利用饱和吸收体的非线性吸收特性，在强激光作用下吸收饱和，对激光透明。选择可饱和吸收体(1)染料吸收峰的中心波长与激光波长基本一致；(2)入射光强度具有合适的值以获得合适的“切换”速度；(3)具有宽吸收带和良好的饱和吸收特性。与主动调Q和被动调Q相比，被动调Q激光器不需要任何

13、外部驱动器件，结构简单紧凑，效率高，成本低。然而，与主动调Q相比，它的可控性较差，严重影响了脉冲的输出稳定性，极大地限制了它的应用范围。主动调q具有高稳定性、高可控性、被动调q、掺铬钇铝石榴石(cr43360 YAG)、良好的热导率和高损伤阈值、良好的热导率和高损伤阈值，其化学性质稳定、耐用，抗紫外化学性能稳定、耐用，将取代传统材料，如lif，有机染料和色心取代常用的LiF，为被动调q二极管泵浦或灯泵浦nd: YAG染料一种优良的晶体。Nd:YVO4或其他掺钕和镱的激光器，波长在0.9到1.2米，是一个很好的灯泵浦或激光二极管泵浦的Nd:YAG。Nd:YVO4和其他波长为0.91.2米的掺钕或

14、掺镱激光器的被动调Q晶体，透射率随入射光强而变化。Cr43360YAG作为被动调Q开关输出的一种高峰值短脉冲调Q巨脉冲，将广泛应用于激光测距、非线性光学、医学等领域。吸收系数随光强而变化。开始时，入射光强度Iin很小，Cr4。随着入射光强的增加，Cr4 :YAG晶体的透射率t迅速增加。当入射光强达到一定值时，cr43360 YAG晶体的透射率t变化缓慢。当入射光强度进一步增强时，透射率t基本保持不变，此时，Cr43360YAG的基态吸收完全饱和。非线性光学技术中，直接利用激光晶体获得的激光波段有限，从紫外到红外光谱仍有空白激光波段。利用非线性光学晶体，将激光晶体直接输出的激光转换成具有新波段的激光，开辟了新的激光光源，扩大了激光晶体的应用范围。常用的非线性光学晶体包括磷酸氧钛钾晶体(K