固体激光器及其应用论文

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1、.....固体激光器及其应用     梅遂生间：1960年，科学家梅曼用红宝石作为激光的工作物质，发明了世界上第一台激光器。随着激光材料科学的发展，固体激光器使用的工作物质有哪些变化？答：固体激光器是以晶体和玻璃材料为工作物质。常见的有红宝石（掺铬的刚玉，Cr：Al2O3)、掺钛的磷酸盐玻璃（简称钕玻璃）、掺钛的忆铝石榴石（Nd：YAG）、掺钛的铝酸忆（Nd：YALO）、掺钛的氟化忆锂（Nd：YLF）等多种。它们发出激光的波长主要取决于掺杂离子，如掺铬的红宝石，室温下的工作波长为694．3纳米，深红色；又如掺钕的多种晶体和玻璃，工作波长为1微米多，为近红外

2、。在众多晶体中，Nd：YAG得天独厚。它的物理化学性能不错，做成激光器时振荡阈值较低（以较小能量激励就可以振荡）、能量转换效率较高，在室温下可以连续工作或以高重复频率脉冲方式工作。它在近30年来一直得到广泛应用，小到手待式激光测距机，大到几百瓦、上千瓦的激光加工机都用它作激光器的工作物质。钕玻璃虽然由于导热率低和热膨胀系数大而不适宜于高平均功率和连续工作，但是它具有晶体难以匹敌的优点，即：容易做成光学质量非常均匀的大块材料，而且它的荧光谱线很宽，适于用脉冲压缩技术将相当大的能量压缩在一个很短的脉冲里，从而获得极高的峰值功率（因为脉冲峰值功率等于脉冲能量除以

3、脉冲宽度）。人们利用这一特点做成高峰值功率的激光器系统，用于核聚变等研究工作。例如，美国利弗莫尔国家实验室的诺瓦系统，在2．5纳秒内输出120千焦耳，峰值功率达48太瓦（48x1012瓦）。它在一瞬间输出的功率比全世界所有发电厂发出的功率总和还要高。早期的一台固体激光器只能发射单一的或很少几个固定波长，这远远不能满足不同应用的多样化需求。比如，探测水下木标和水下通信需要0.48到0.54微米之间的蓝绿光源；光纤传输需要1.3和1.55微米的近红外光源；光雷达需要波长连续可变或频率捷变的光源；光存储需要蓝光光源；微细加工需要紫外和X射线光源等等。这些需求刺激

4、着科学技术工作者去寻求新波长和波长可调谐的激光器，近10多年来，固体激光器在这方面的研究开发工作十分活跃，取得了引人瞩目的发展，主要有两条途径：一是寻求新的工作物质；二是利用非线性光学技术。问：请您具体诙诙固体激光器在研究开发方面有什么新进展？答：在新工作物质研究开发方面值得介绍的有三类，即：宽波段连续可调谐晶体、自激发自倍频晶体和掺钬（Ho）的晶体。..........宽波段连续可调谐晶体的特点是所掺激活杂质在基质晶体中具有特殊的能级结构，它能在很宽的波段范围内产生受激辐射。只要适当设计激光器的谐振腔，在其中插入一个可调谐元件，比如光栅或分光棱镜，使它能

5、在一定范围内调节谐振腔的谐振波长，就能获得可调谐激光输出。最先实现可调谐的固体激光器是金绿宝石（掺铬的铝酸被，Cr：BeAl2O4,又称紫翠宝石），其可调谐范围是701一815纳米。80年代未，研制出了掺钛蓝宝石(Ti:Al2O3)，可调谐范围是650-1100纳米。这种钛宝石激光器不仅可调谐范围宽，而且输出能量大，还能做成超短脉冲激光器。但它需要用大功率氟离子激光器或倍频的Nd：YAG激光器泵浦。这种激光器已被广泛困于科研和新材料开发等领域，一时间供不应求。最近，研制出了掺铬的氟铝锶锂（Cr：NiSAF）和氟铝锶钙（Cr：LiCAF），可调谐范围分别为7

6、80一1010纳米和720-840纳米。它们的优点是可以直接用闪光灯泵浦，结构较简单，从而较便宜。自激活自倍频晶体是不必掺杂质就可以出激光，而且不用外加非线性晶体就可以出倍频光的晶体，硼酸铝忆钕（NYAB）是这类晶体的代表，它可以直接出绿光（0．53微米），可供高密度光盘存储用。掺钬的晶体包括掺钬、铥的忆铝石榴石（Ho：Tm：YAG）和掺钬、饵、铥的氟化忆锂（Ho：Er：Tm：YLF）等晶体。它们的工作波长都在2微米波段。这个波段的一个特点就是水分子对它有很强的吸收：医学界利用这一特点，用钬激光器做浅表性手术，不致伤及深层肌体，确保手术安全。而且这一波长可

7、以用光纤传输，给手术带来方便。用这种激光器做光雷达的发射机，则探测地面目标时，容易将金属物品和水泥构件从绿色植被（草地、树木）中分辨出来。因为绿色植被含有大量水分，对2微米波长的光强烈吸收而反射很少，金属构件和水泥建筑物对2微米吸收小而反射强，从而形成较强的反差。用电子学的行话来讲，就是可以提高信号噪声比，大约可提高8倍。这个波段还有一个优点，就是对人眼安全。它对人眼的损伤阈值约比Nd：YAG的1．06微米高两千倍（损伤阈值越高就越安全）。顺便说一下，激光的人眼安全问题无论对军用还是民用，无疑都是十分重要的。人们为此制订了一些安全防护规则，研制生产了激光防

8、护眼镜，同时积极寻求对人眼安全的激光器。当然，以人眼致盲为目的的激