1-3 激光器的基本组成及典型激光器介绍.pptVIP

理学院 物理系 § 1-3 典型激光器简介 * 一、激光器的基本组成（Essential elements of a laser) ? 激光工作物质A laser medium （核心部分） ? 泵浦系统 A pumping process （光能、电能、 原子能、化学能） ? 光学谐振腔 A suitable optical feedback elements 理学院 物理系 * § 1-3 典型激光器简介 ? 激励只是一个外部条件，激光的产生还取决于合适的工作物质。 ? 二能级系统能否实现粒子数反转??? ? 亚稳能级：需要一个可以有较长寿命且能贮存大量粒子的能级，经过不断激发，粒子数反转就能实现，这样的能级称为“亚稳能级”。 ?可能实现粒子数反转分布的系统可归结为三能级系统和四能级系统。 1、工作物质——激光产生的内因，实现粒子数反转和产生光的受激辐射作用的物质体系。 理学院 物理系 * § 1-3 典型激光器简介 粒子数的正常分布？ 处于低能级上的粒子数在热平衡情况下总是多于高能级上的粒子数，受激吸收占优势。 粒子数的反转分布？ 高能级上的粒子数大于低能级上的粒子数。 如何实现粒子数反转？ 把大量的粒子从低能级“搬运”到高能级的过程，称为泵浦或激励； “搬运”粒子的工具－“光泵” 泵浦系统为实现粒子数反转提供外界能量(A pumping process is required to excite atoms in the laser medium into their higher quantum-mechanical energy levels. ) 2、泵浦系统—粒子搬迁的动力 理学院 物理系 * § 1-3 典型激光器简介 ? 激励不仅要快，还有强有力； ? 激励作用是通过消耗一定的能量来实现的，产生受激辐射所需要的最小激励能量称为激光器的阈值（threshold）； ? 激励方式（Practical laser materials can be pumped in many ways.）：光、电、化学、原子能； ? 根据不同激光工作物质的不同而异。如固体工作物质常用强光照射激励，简称光激励；气体工作物质吸收光谱多在紫外波段，多采用气体放电的电子碰撞激励方法。 理学院 物理系 * § 1-3 典型激光器简介 光激励---用光照射工作物质，工作物质吸收光能后产生粒子数反转，可采用高效率、高强度的发光灯、太阳能和激光； 放电激励---在放电过程中，气体分子（或原子，离子）与被电场加速的电子碰撞，吸收电子能量后跃迁到高能级，形成粒子数反转； 热能激励---用高温加热方式使高能级上气体粒子数增加，然后突然降低气体温度，因高、低能级的热驰豫时间不同，可使粒子数反转； 化学能激励——利用化学应过程中释放的能量来激励粒子，建立粒子数反转。为产生化学反应，一般还需采用一定的引发措施，如采用光引发、电引发、化学引发等方式； 核能激励——用核裂变反应放出的高能粒子、放射线或裂变碎片等来激励工作物质，也可实现粒子数反转； 理学院 物理系 * § 1-3 典型激光器简介 谐振腔的作用：模式选择、提供轴向光波模的反馈，产生光放大； 谐振腔的组成：谐振腔由全反射镜和部分反射镜（输出反射镜）组成，激光由部分反射镜输出。根据实际情况选用稳定腔、非稳腔或临界稳定腔。 3、谐振腔：形成激光振荡的必要条件；对输出的模式、功率、光束发散角等均有很大影响。 理学院 物理系 * § 1-3 典型激光器简介 工作物质形态---可以分为气体、固体、半导体、液体等； 工作方式---连续工作(CW or continuous wave lasers)和脉冲工作(Pulsed lasers)； 激光技术---调Q激光器(Q-switched lasers)、锁模激光器(Mode locked lasers)、倍频激光器(Frequency doubling lasers)、可调谐激光器(Tunable lasers)、单模和多模激光器(Single-mode and Multi-mode lasers)等。 二、激光器的分类 理学院 物理系 * § 1-3 典型激光器简介 (1)气体激光器:以气体或金属蒸气为发光粒子 理学院 物理系 * § 1-3 典型激光器简介 ? 气体激光器的激励方式很多，最普通的激励方式是气体放电激励。 ? 气体激光器的工作物质种类多，又能采用多种激励方式，所以覆盖的波段宽，从紫外到亚毫米波。是目前种类最多、激励方式最多样化、激光波长分布区域最宽、应用最广泛的一类激光器。 理学院 物理系 * § 1-3 典型激光器简介 ? 氦一氖气体激光器：原子激光器类，196