固体激光器基本原理以及应用.ppt

光纤激光器作为第三代激光技术的代表，具有以下优势：? （1）玻璃光纤制造成本低、技术成熟及其光纤的可饶性所带来的小型化、集约化优势；? （2）玻璃光纤对入射泵浦光不需要像晶体那样的严格的相位匹配，这是由于玻璃基质Stark?分裂引起的非均匀展宽造成吸收带较宽的缘故；? （3）玻璃材料具有极低的体积面积比，散热快、损耗低，所以上转换效率较高，激光阈值低；? （4）输出激光波长多：这是因为稀土离子能级非常丰富及其稀土离子种类之多；? （5）可调谐性：由于稀土离子能级宽和玻璃光纤的荧光谱较宽。? （6）由于光纤激光器的諧振腔内无光学鏡片，具有免调节、免维护、高稳定性的优点，这是传统激光器无法比拟的。 ? （7）光纤导出，使得激光器能轻易胜任各种多维任意空间加工应用，使机械系统的设计变得非常简单。 ? （8）胜任恶劣的工作环境，对灰尘、震荡、冲击、湿度、温度具有很高的容忍度。? （9）不需热电制冷和水冷，只需简单的风冷。? （10）高的电光效率：综合电光效率高达20%以上，大幅度节约工作时的耗电，节约运行成本。? （11）高功率,目前商用化的光纤激光器是六千瓦。? 固体激光器原理及应用 自第一台红宝石激光器问世，固体激光器就一直占据了激光器发展的主导地位，特别是在20 世纪80 年代出现的半导体激光器以及在此基础上出现的全固化固体激光器更因为体积小、重量轻、效率高、性能稳定、可靠性好和寿命长等优点，逐渐成为光电行业中最具发展前途的领域。目前世界范围内销售的商品固体激光器已有500 余种，但从1998 年开始，固体激光器中的Nd:YAG 激光器的市场占有率和销售额已升为第一位。 传统的固体YAG 激光器，通常由掺钕钇铝石榴石晶体棒、泵浦灯、聚光腔、光学谐振腔、电源及制冷系统组成，其转换效率为2%到3%。另一方面整个激光器需要庞大的制冷系统，体积很大。泵浦灯的寿命约为300 到1000 小时，操作人员需花很多时间频繁的换灯，中断系统工作，使自动化生产线的效率大大降低，间接提高了生产成本。因此技术上没有大的发展空间。现在国际上的激光厂家已经淘汰了中小功率灯泵浦固体激光器的生产和研发，将来随着大功率的二极管、光纤激光器的研发和应用，成本的下降，灯泵浦固体激光器将会逐步淘汰。这是固体激光器的发展方向。 一、三类固体激光器的特性比较 特性 光纤激光器 二极管泵浦固体激光器 灯泵浦固体激光器 工作方式 连续或脉冲 连续或脉冲 连续或脉冲 辐射波长（纳米） 532, 1070, 1800-2000 532, 1060 1060 输出功率/能量 高达2KW/高达1mJ 高达2KW/高达60mJ 高达5KW/高100J 电光转换效率 高达20% 高达20% 低于6% 光束质量 基模 光斑细 基模或多阶模光斑较细 基模或多阶模 光斑粗 功率/能量稳定性 1.5% 3% 3% 冷却方式 风冷 风冷或水冷 水冷 可靠性 最佳 较好 较差 维护周期 无需维护 无需维护 300 小时 使用寿命 大于10 万小时 大于1.5 万小时 大于3百小时 系统体积 小巧紧凑 较小 较大 光纤传输 单模光纤 多模光纤 多模光纤 设备成本 较高 较高 较低 运行成本 较低 一般 较高 技术 必威体育精装版 新 旧 与传统灯泵浦固体激光器比较，全固化固体激光器具有以下优点： 1) 转换效率高：由于半导体激光的发射波长与固体激光工作物质的吸收峰相吻合，加之泵浦光模式可以很好地与激光振荡模式相匹配，从而光光转换效率很高，已达50％以上,光纤达80%，整机效率也可以与二氧化碳激光器相当，比灯泵固体激光器高出一个量级，因而全固化固体激光器可省去笨重的水冷系统，体积小，重量轻，结构紧凑，易于系统集成，性能价格比高。 2) 性能可靠、寿命长：激光二极管的寿命大大长于闪光灯，达15000小时以上，而闪光灯的寿命只有300-1000 小时。激光二极管的泵浦能量稳定性好，比闪光灯泵浦优一个数量级，性能可靠，可制成全固化器件。运行寿命长，成为至今为止唯一无需维护的激光器，尤其适用于大规模生产线。 3) 输出光束质量好：由于二极管泵浦激光的高转换效率，减少了激光工作物质的热透镜效应，大大改善了激光器的输出光束质量，激光光束质量已接近理论极限M2 = 1。 二、全固化固体激光器结构及特点 全固化固体激光器可分为两类：二极管泵浦固体激光器和光纤激光器。现将其结构和特点分别叙述如下。 1. 二极管泵浦固体激光器 激光二极管泵浦固体激光器的种类很多，可以是连续