中高职一体化资源 激光原理 项目五（任务一）固体激光器.doc

单元教学设计 高陵职教中心 单元教学设计 20 —20 学年 第 学期 课程名称： 《激光原理》 授课专业： 光电3、4班 任课教师： 刘芳妮  单元序号及单元标题： 项目五（任务一）：固体激光器 授课班级 上课 时间 周 月 日 第 节 上课 地点 周 月 日 第 节 教 学 目 的 教学任务： 掌握常见固体激光器的基本结构及YAG激光器、光纤激光器。 教学 目标 能力（技能）目标 知识目标 了解常见的几种YAG激光器 1、掌握固体激光器的基本结构 2、了解常见的几种YAG激光器 重点 难点 及 解决方法 1、掌握固体激光器的基本结构 2、了解常见的几种YAG激光器 参考资料 【1】关振中 激光加工工艺手册 中国计量出版社 2005 【2】曹国凤 激光加工技术 北京科学技术出版社 2007 【3】张国顺 现代激光制造技术 化学工业出版所 2006 【4】李新建 王绍理 激光加工工艺与设备 武汉软件工程职业学院 2008 【5】吴晓红 王中林 工程光学基础 湖北科学出版社 2008 【6】 李新建 工业控制技术 武汉软件工程职业学院 2010 【7】 陈家壁 彭润玲 激光原理及应用 2010.5 第一部分：组织教学和复习上次课主要内容 组织学生复习上节课所学的兰姆凹隐稳频和塞曼效应稳频。 第二部分：学习新内容 【步骤一】 宣布教学内容、目的 教学内容： 1、固体激光器的基本结构 2、YAG激光器 3、光钎激光器 4、高功率固体激光器 教学目的： 让学生掌握常见固体激光器的基本结构，了解YAG激光器、光纤激光器及高功率固体激光器 【步骤二】 内容讲解 一、基本结构 自从1960年美国的梅曼（Maiman）制造出第一台波长694.3nm的红宝石激光器以来，固体激光器获得了迅速发展。国外德国、美国等激光技术领先国家生产的固体激光器包括YAG激光器、光纤激光器等各种小、中、高功率激光设备，稳定性好，应用领域广泛。固体激光器广泛应用于激光标刻、焊接、切割、热处理等领域。国内固体激光器的主要工业产品是功率较低的YAG激光器，稳定性较差，有很大的发展空间。 固体激光器是由激光工作物质、泵浦源、谐振腔等部分组成。激光工作物质是在固体基质材料（晶体或玻璃）中掺杂少量可产生激光的激活离子（主要采用三价的稳定离子，例如（Cr3+、Nd3+、Yb3+、Tm3+、Ho3+、Er3+、Ti3+等），市场上常见的固体激光设备的工作物质主要是YAG(掺钕钇铝石榴石)，该激活离子受到泵浦光源（闪光灯、半导体激光等强泵浦光）作用产生光激励，在固体激光材料中形成粒子数反转分布，发射出的主要波长为1064nm。 如图5-1所示，按照激活离子的能级分类，固体激光器主要有四能级、准三能级、三能级三种类型。 图5-1 固体激光器的能级跃迁图 二、常见的几种YAG激光器 （一）YAG激光器 实际工业应用YAG激光器主要包括激光光源系统、控制硬件系统、控制软件系统、光路传输系统。激光光源系统包括激光谐振腔、冷却系统和激光电源。 图5-2 YAG 激光电源系统 1. 激光光源系统 （1）激光谐振腔 谐振腔是固体激光器的重要组成部分，不同类型的腔型结构，对激光输出的特性，诸如功率、模式、光束发散角等都有直接的影响。因此，在设计固体激光器时，必须根据光学谐振腔的理论进行分析和计算，才能使设计的固体激光器的输出特征满足稳定的技术指标。设计光学谐振腔的目的是如何有效控制腔内的光场分布，所以谐振腔的结构往往与模式分不开。 （2）冷却系统 固体激光器工作时通常都要采取冷却措施，主要是对激光工作物质、泵浦灯和聚光腔进行冷却，以保证激光器安全正常运行。冷却方法有液体冷却、气体冷却和传导冷却，其中以液体冷却最为常用。 冷却主要是为了消除激光腔中产生的热量及维持激光器有关器件保持一定的温度。同时，冷却也有其它作用，如作折射率匹配用以减少泵浦的内反射，或作滤光液消除不需要的泵浦辐射。 激光器除直接用流动水冷却外，都采用闭合回路冷却系统，它包括液体泵、热交换器和容器。一般冷却器除上述部件外，还包括粒子过滤器、水软化器、流量计以及监控液流温度和压力的传感器。如用一般自来水为冷却液，就需定期清除有机物和矿物沉淀物，在闭合回路系统中，若用水软化器和过滤装置，基本上不需清洗暴露于冷却液的表面。 热交换器通过与外界散热器的热耦合，