激光原理典型激光器介绍 .ppt

小结： 典型激光器 各种工作物质、运转方式的激光器不断出现。 按工作波段分类：红外和远红外激光器、可见光激光器、紫外和真空紫外激光器、X射线激光器。 按运转方式分类：连续激光器、脉冲激光器、超短脉冲激光器。 按激光器工作物质分类：固体激光器、气体激光器、染料激光器和半导体激光器。 固体激光器 固体激光器是以掺杂离子的绝缘晶体或玻璃作为工作物质的激光器。 常采用的固体工作物质仍然是红宝石、钕玻璃、掺钕钇铝石榴石(Nd3＋:YAG)等三种 。 固体激光器的特点：输出能量大(可达数万焦耳)，峰值功率高(连续功率可达数千瓦，脉冲峰值功率可达千兆瓦、几十太瓦)，结构紧凑，牢固耐用。 广泛应用于工业、国防、医疗、科研等方面，例如打孔、焊接、划片、微调、激光测距、雷达、制导、激光视网膜凝结、全息照相、激光存储、大容量通信等。 Nd3＋:YAG激光器 突出优点：阈值低和具有优良的热学性质，这就使得它适于连续和高重复率工作。 Nd3＋:YAG是目前能在室温下连续工作的唯一实用的固体工作物质，在中小功率脉冲器件中，特别是在高重复率的脉冲器件中，目前应用Nd3＋:YAG的量，远远超过其它固体工作物质。可以说， Nd3＋:YAG从出现至今，大量使用，长盛不衰。 气体激光器 气体激光器是以气体或蒸气作为工作物质的激光器。 与其它种类的激光器相比较，气体激光器的突出优点:输出光束的质量好(单色性、相干性、光束方向和稳定性等)。因此，在工农业生产、国防和科学研究中，都有广泛的应用。 三种典型气体激光器： He-Ne激光器：具有结构简单、使用方便、光束质量好、工作可靠和制造容易等优点，至今仍然是应用最广泛的一种气体激光器。主要谱线是0.6328?m红光，黄光(0.594?m)、绿光(0.543?m)和橙光(0.606?m、0.612?m) 气体激光器(续1) 二氧化碳(CO2)激光器：是以CO2气体分子作为工作物质的气体激光器。其激光波长为10.6?m和9.6?m。 优点：它既能连续工作，又能脉冲工作，输出大，效率高。它的能量转换效率高达(20?25)％，连续输出功率可达万瓦量级，脉冲输出能量可达万焦耳，脉冲宽度可压缩到毫微秒。 被广泛用于材料加工、通信、雷达、诱发化学反应、外科手术等方面，还可用于激光引发热核反应，激光分离同位素以及激光武器等。 气体激光器(续2) 离子(Ar＋)激光器：以气态离子的不同激发态之间的激发跃迁进行工作的气体激光器。 Ar＋激光器的激光谱线很丰富，主要分布在蓝绿光区，其中，以0.4880?m蓝光和0.5145?m绿光两条谱线最强。 Ar＋激光器既可以连续工作，又可以脉冲状态运转。连续功率一般为几瓦到几十瓦，高者可达一百多瓦，是目前在可见光区连续输出功率最高的气体激光器。 它已广泛应用于全息照相，信息处理，光谱分析及医疗和工业加工等许多领域 。 染料激光器 染料激光器受到人们重视的原因是： ①输出激光波长可调谐，某些染料激光波长可调宽度达上百毫微米； ②激光脉冲宽度可以很窄，目前，由染料激光器产生的超短脉冲宽度可压缩至飞秒(10－15秒)量级； ③染料激光器的输出功率大，可与固体激光器比拟，但价格便宜，同样的输出功率，它只是固体激光器的千分之一； ④染料激光器工作物质具有均匀性好等优良的光学质量。 它在光化学、光生物学、光谱学、化学动力学、同位素分离、全息照相和光通信中，正获得日益广泛的重要应用 半导体激光器 半导体激光器：以半导体材料作为激光工作物质的激光器。 它具有超小型、高效率、结构简单、价格便宜以及可以高速工作等一系列优点。 它是目前光通信领域内使用的最重要光源，并且在CD、VCD、DVD播放机、计算机光盘驱动器、激光打印机、全息照相、激光准直、测距、及医疗等许多方面都获得了重要应用。 其它激光器 准分子激光器：(如ArF，193nm，用于光刻机) 自由电子激光器：工作物质是自由电子束，利用电子加速器 。 输出的激光波长可在相当宽的范围内连续调谐，原则上可从厘米波一直调谐到真空紫外。 可以获得极高的光功率输出。 将在激光分离同位素、激光核聚变、光化学、激光光谱和激光武器等方面有着重大的应用前景。目前，自由电子激光器仍处于试验阶段。 化学激光器：将化学能直接转换成激光 、输出的激光波长丰富 、高功率、高能量激光输出 。 光纤激光器。 图(5-19)是目前经常采用的三镜腔式染料激光器结构示意图。 图(5-19) 三镜腔式染料激光器 选用泵浦激光的原则： 泵浦光谱与染料吸收光谱匹配。 泵浦功率、能量应满足要求。 泵浦光脉冲宽度应窄，足以消除三重态的淬灭作用。 三、 染料激光器的调谐 1. 光栅调谐 图(5-20)是一种光栅-反射镜调谐腔，放在腔中的光栅G具有扩束和色散作用。 图(5-20) 光栅-反射镜调谐腔