各种典型激光器原理(全).ppt

第四节 染料激光器 3).器件典型结构 第四节 染料激光器 2. 连续染料激光器 连续染料激光器通常采用高速喷流技术，使染料溶液高速流过激活区以获得器件的连续运转。 1).泵浦源与泵浦方式 泵浦源为连续激光器，通常采用Ar十激光或Kr+激光连续泵浦。 泵浦方式一般采用 纵向泵浦 离轴纵向泵浦。 第四节 染料激光器 2).器件典型结构 连续染料激光器的结构形式有许多种，三镜折叠腔与环行腔是比较典型的两种结构，在此介绍三镜折叠腔。 第二节 气体激光器 冷却 回气 放电 谐振腔 第二节 气体激光器 3．纵向快流CO2激光器 在纵向慢流激光器中．放电产生的热量主要靠气体的扩散运动传给管壁，再由沿管壁外表而流动的冷却液带走。由于这种散热方式效率较低，电流密度和压强不能太大，因此限制了输出功率。 如果提高气体流动速度(约50m／s)，使放电管内的热气流流出管外，在管外冷却后再返回放电管，则不再存在放电电流密度的最佳值，输出功率随放电电流密度线性增加。单位长度输出功率可达1kW／m以上。目前，(1—3)kw的纵向快流CO2激光器已广泛用于激光加工。与大功率的横向流动激光器相比，纵向快流c02激光器中放电电流密度分布的圆对称性较好，因此具有更好的光束质量。 第二节 气体激光器 第二节 气体激光器 4．横向流动CO2激光器 纵向快流Co2激光器需要很高的气体流速才能及时将热气体导出。若使气体流动方向与光轴垂直，由于气体通道截面大，气体流动路径短，因此较低的流速就能达到纵向快流同样的冷却效果。 和纵向快流CO2激光器一样，在横向流动CO2激光器中，输出功率的电流饱和效应不明显。最佳气体压强高达1.3X104Pa。高压强运转有利于提高输出功率，但频繁的碰撞使电子温度降低，必须在强电场中才能维持足够高的电子温度。因此，在横向流动CO2激光器中，纵向放电不切实际，通常采用电场与光轴垂直的横向放电方式。采用横向放电方式的激光器称作TE激光器。此类激光器中单位长度输出功率可达每米数千瓦，总输出功率已高达(1—20)kw。 第二节 气体激光器 5横向激励大气压CO2激光器 高气压横向激励激光器中，压强过高会导致放电不稳定。为此，常常采用脉冲放电激励方式。由于快速脉冲放电时放电不稳定过程来不及充分发展，因此气体压强可增高至大气压或高于大气压。由于压强高，横向激励大气压激光器(简称TEA激光器)单位体积输出能量可高达(10—50)J/L，总能量和峰值功率可分别高达10KJ和20TW。 在数个大气压的高气压情况下，由于压力加宽效应引起转动能级的重叠，出现准连续 宽带增益谱，可导致波长在(9.2—10.7)um范围内的连续可调激光输出。 第二节 气体激光器 6．气动CO2激光器 气动CO2激光器采用热泵浦方式。含有CO2的混合气体在容器内燃烧以形成高温高压状态，由于温度很高，CO2的激光上、下能级均具有较高的集居数密度。混合气体通过喷管绝热膨胀时气体温度急剧下降，但由于上能级的寿命较下能级长，集居数密度减少的速度较下能级慢，于是在膨胀区的相当大的范围内可形成集居数反转状态。气动CO2激光器的输出功率可达80kw。 第二节 气体激光器 7．波导CO2激光器 所谓波导，在微波技术中是指用来引导电磁波的器件。波导激光器由于采用孔径很小、内表面反射率很高的空心导管对激光光束进行传输形成空心波导效果而得名。波导激光器由于自身结构的这一特点，使其激光振荡模式与普通激光器不同。普通激光器的光学谐振腔理论以电磁波在自由空间的传播为基础，而在波导激光器谐振腔中，电磁波在其传播途中的某一部分或全部上被波导所引导而不服从自由空间的传播规律。波导激光器本征模的特征已不主要取决于模尺寸、腔镜的曲率半径及其间距这些描述普通激光器本征模的特征参量。 第三节 固体激光器 固体激光器在激光器家族中具有最长的历史。在其发展进程中,我国的科学工作者曾做出过重要的贡献。 我国研制的第一台激光器叫做“小球照明红宝石激光器”,1961年8月诞生于中国科学院长春光机所。激光器的设计师是王之江教授。王之江教授因此被中国光学界尊称为“中国激光之父”。“小球照明红宝石激光器”在结构上比梅曼那台激光器又前进了一大步,主要表现在泵浦氙灯采用直管式,而非螺旋形;红宝石棒与氙灯并排放在球形聚光器的球心附近。这种结构可以获得更高的泵浦效率。直至今天,闪光灯泵浦的固体激光器还大都采用这种方式。 本节中,将重点介绍固体工作物质、光泵浦系统、工作物质的热效应及其散热几方面的内容。 第三节 固体激光器 一、固体工作物质 固体工作物质由固体基质材料和少量掺杂离子(金属离子)两部分构成。其中固体工作物质的物理性能由基质材