《激光器件》全套教学课件（共六讲完整版）.pptx

《激光器件》共六讲完整版课程简介课程类别：专业限选总学时数： 54授课对象：光信息、物理学、逸仙班学习要求：已学过《激光原理》和《光电子学技术》， 对半导体物理的基础知识有一定了解。 课程目的与教学基本要求 主要讲授各类激光器的工作原理、主要性能、结构特点及其设计方法。简要介绍各种激光器的应用领域和必威体育精装版进展。使同学们牢固掌握常见的气体、固体、半导体和光纤激光器的原理和特点，并对染料、准分子和自由电子激光器的特性有一定程度的了解。课程目的与教学基本要求加深同学们对激光产生的方法以及控制和改善激光特性的典型激光技术（如放大、选模、稳频、调Q、锁模等 ）的理解。着重培养同学们建立激光器件设计的工程意识。为将来成为激光或光电领域的管理、开发和设计人才打下坚实的专业基础。最低要求：以后如果工作上需要使用激光器时，懂得如何选择合适的激光器来满足实际的需要。主要参考书目教科书： 《激光器件原理与设计》第2版，李适民、黄维玲等编，国防工业出版社，2005年 补充教材：《光纤激光器及其应用》，郭玉彬、霍佳雨主编，科学出版社，2008年参考书: 《激光器件与技术》，刘敬海、徐荣甫主编，北京理工大学出版社，1995年《固体激光工程》(Solid-State Laser Engineering)，W. Koechner著，孙文、江泽文等译，科学出版社《半导体激光器》阎吉祥主编，高等教育出版社《激光原理与技术应用》余振新编《激光技术与应用》蓝信矩编 远红外、红外激光器可见光激光器按工作波段分类紫外、真空紫外激光器X光激光器连续激光器按运转方式分类脉冲激光器超短脉冲激光器激光器的分类气体激光器固体激光器液体激光器（染料）半导体激光器光纤激光器化学激光器自由电子激光器★按工作物质分类He-Ne激光管德国Trumpf公司4000W灯泵浦固体激光器德国Rofin公司2000W半导体泵浦固体激光器半导体激光器固体激光器实例授课内容第一讲：激光基础复习和补充 激光原理，光学谐振腔理论，高斯光束的性质第二讲 气体激光器 气体放电原理，He-Ne, Ar+, CO2 激光器的工作特性和应用第三讲 固体激光器 光泵浦方式，热效应影响；红宝石, YAG和钕玻璃激光器的特性与设计，固体激光器的应用领域第四讲 半导体激光器 能带结构，pn结，半导体激光器的工作特性（模式，动态特性）；各种类型的半导体激光器（同质结、异质结、分布反馈, 量子阱、表面发射）及其应用授课内容第五讲 光纤激光器 光纤激光器的工作原理；稀土掺杂、双包层大功率激光器，其它新型光纤激光器（如PCF）；光纤激光器的用途第六讲 其它激光器 染料、准分子、化学和自由电子激光器的结构、特性和应用简介现场讲解 现场打开几种激光器（He-Ne，Ar+，YAG，钛宝石）的盖子，详细察看其内部结构，详细介绍各部件的性能。 个别激光器作示范调试。课程考核考勤：占总评成绩10%习题作业：占总评成绩40% 每两周布置一次作业，两周内完成上交。 加深学生们对各种激光器特性的理解，培养激光器设计的意识。期末考试 笔试。占总评成绩50%。激光器的结构激光器基本构成：工作物质：激光器的核心。 谱线波段，增益，结构形态。泵浦源：电、光、热、化学能、核能激励。激光电源，控制电路，能量转换效率。光学谐振腔：为激光振荡建立提供正反馈；其参数影响输出激光束的质量。稳定性，模式；镜片加工和镀膜工艺，调整精度。辅助设施：散热系统，滤光设施。 调Q，锁模，稳频，选模，放大。激光器的性能指标能量特性：平均功率，转换效率，功率稳定性 对于脉冲激光器：峰值功率，单脉冲能量、脉冲重复率 时间特性：相干时间、脉冲宽度光谱特性：波段，带宽，单色性，可调谐？光束质量：模式，稳定性，方向性、空间相干性体积（包括泵浦源、冷却系统）：全固态？便携性，环境适应能力不同激光器性能各异，满足不同应用的需要。例子：He-Ne 激光器的一些细节1. He-Ne 激光器的结构 工作物质：He-Ne气体（He辅助气） ， 气压比 5:1－7:1。谐振腔：多用平凹腔。平面镜输出（透 过率 1-2％）；凹面镜全反射。 泵浦系统： 多采用放电激励。使用方便。发热形变导致谐振腔失调时无法校正。适于短管结构。适于长管结构。谐振腔形变较大、需插入其它元件或者需偏振光时采用。缺点是腔易变动，需经常调整。兼有前两者的优点，适于作特殊要求的小型激光器的结构。2．He-Ne激光器的工作原理 激光跃迁产生于Ne原子的不同激发态之间，He的作用是提高Ne的泵浦速率。驰豫过程：粒子从激发态回到基态的过程。 Ne激光下能级2p和3p向基态的跃迁为禁戒，只能通过自发辐射跃迁到1s能级。由于1s能级向基态的跃迁也属禁戒，1s能级的Ne原子只有扩散到放电管管壁，与管壁碰撞释放能量才能返回基态。 激光下能级