全固态激光器及其优越性.doc

全固态激光器及其优越性 1、引言 全固态激光器是指用半导体激光管代替气体放电灯泵浦的固体激光器。它集两种激光器的优点为一体，具有体积小、重量轻、效率高、光束质量好、可靠性高、寿命长、运转灵便。 从上个世纪60年代提出全固态激光器以来，全世界范围内掀起了研究热潮，经过20多年的发展，于90年代实现了中低功率全固态激光器器件的实用化和产业化。近10年来，全固态激光器市场每年增长均在50%以上。由于许多传统的激光器正被全固态激光器多代替，因此，全固态激光器的市场增长势头不会降低。本文主要目的是分析全固态激光器的工作原理，在此基础上探究全固态激光器的优越性，展望未来的发展前景。 2、激光器的结构及其基本原理 2.1激光器原理 除自由电子激光器外，各种激光器的工作原理都基本相同产生激光的必要条件是粒子数反转和增益大过损耗，所以装置中重要的组成部分包括激励源和具有亚稳态能级的工作介质两个部分。激励是工作介质吸收外来能量后被激发到激发态，为实现并维持粒子数反转创造条件。激励方式有光学激励、电激励、化学激励和核能激励等。激光器中常见的组成部分还有谐振腔，但谐振腔并不是必不可少的组成部分，谐振腔可使腔内的光子有一致的频率、相位和运行方向，从而使激光具有良好的方向性和相干性。它不但可以通过改变谐振腔长度来调节所产生激光的模式很好地缩短工作物质的长度，一般的激光器都具有谐振腔。.2激光器的工作物质激光器的工作物质可以是固体、气体、半导体和液体等。对激光工作物质的主要求是尽可能在其工作粒子的特定能级间实现最大程度的粒子数反转，并使这种反转在整个激光发射作用过程中尽可能有效地保持下去。所以要求工作物质具有合适的能级结构和跃迁特性。.2.1激励抽运系统激励抽运系统是指为使激光工作物质实现并维持粒子数反转而提供能量来源的机构或装置。根据工作物质和激光器运转条件的不同，可以采取不同的激励方式和激励装置，常见的有以下四种。①光学激励利用外界光源发出的光来实现粒子数反转的整个激励装置。气体放电激励利用在气体工作物质内发生的气体放电过程来实现粒子数反转的，整个激励装置通常由放电电极和放电电源组成。化学激励。是利用在工作物质内部发生的化学反应过程来实现粒子数反转的，通常要求有适当的化学反应物和相应的引发措施。核能激励。是利用小型核裂变反应所产生的裂变碎片、高能粒子或放射线来激励工作物质并实现粒子数反转的。.2.2光学共振腔光学共振腔是由具有一定几何形状和光学反射特性的两块反射镜按特定的方式组合而成。提供光学反馈能力，使受激辐射光子在腔内多次往返以形成相干的持续振荡对腔内往返振荡光束的方向和频率进行控制，来保证输出激光具有一定的定向性和单色性。2.3激光器的分类根据工作物质物态的不同可把所有的激光器分为以下几大类：固体激光器，这类激光器所采用的工作物质，是通过把能够产生受激辐射作用的金属离子掺入晶体或玻璃基质中构成发光中心而制成的；气体激光器，体激光器利用气体或作为工作物质产生激光的器件，在适当放电条件下，利用电子碰撞激发和能量转移激发等，气体粒子有选择性地被激发到某高能级上，从而形成与某低能级间的粒子数反转，产生受激发射跃迁。；液体激光器，这类激光器所采用的工作物质主要包括两类，一类是有机荧光染料溶液，另一类是含有稀土金属离子的无机化合物溶液,其中金属离子起工作粒子作用，而无机化合物液体则起基质的作用；半导体激光器，这类激光器是以一定的半导体材料作工作物质而产生受激发射作用，其原理是通过一定的激励方式(电注入、光泵或高能电子束注入)，在半导体物质的能带之间或能带与杂质能级之间，通过激发非平衡载流子而实现粒子数反转，从而产生光的受激发射作用；自由电子激光器，这是一种特殊类型的新型激光器，工作物质为空间周期变化磁场中高速运动的定向自由电子束，只要改变自由电子束的速度就可产生可调谐的相干电磁辐射，原则上其相干辐射谱可从X射线波段过渡到微波区域。3.1半导体激光器的原理及优缺点半导体激光器是利用半导体物质在能带间跃迁发光，半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、反馈、产生光的辐射放大，输出激光。半导体激光器具有转换效率高、体积小、重量轻、可靠性高，能直接调制等优良特性，但它也是一种高功率密度并具有极高量子效率的器件，对于电冲击的承受能力很差，微小的电流变化都会导致光功率输出的极大变化和器件参数的变化，这些变化直接危及激光器的安全使用，同时半导体激光器对温度很敏感，环境温度的波动不仅能引起供给电流的波动，还会使激光器的阈值电流、量子效率、输出波长和输出功率发生很大的变化。因而对半导体激光器控制器提出了更高的要求。温度对激光器的影响主要有以下几个方面：（1温度对阈值电流的影响：随着温度的升高将引起阈值电流的增大，使输出功率下降。从而给