固体激光器泵浦系统

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1、光电子技术(2)(激光器件)3固体激光器的光泵浦系统3固体激光器的光泵浦系统3.1惰性气体放电灯3.2激光二极管3.3聚光腔3.4二极管激光泵浦耦合技术23.1惰性气体灯3.1.1惰性气体灯的结构与分类3.1.2惰性气体灯的放电过程3.1.3惰性气体灯的输出特性及效率3.1.4惰性气体灯的技术参数及寿命3.1.5惰性气体灯的触发和预燃3.1.6氙灯的充放电系统33.1.1惰性气体灯的结构与分类（1）分类脉冲灯、连续灯脉冲氙灯：工作与较高电流密度下，以连续光谱为主。连续氪灯：电流密度较低，以线状光谱为主。直管式、螺旋式4（2

2、）结构管壁电极接头气体5（2）结构管壁石英管——优点：耐高温耐冲击耐强电流：电流密度>104A/cm2高透过率：白光的吸收系数<0.002缺点：紫外光的高透过率，破坏工作物质，出现色心。通过在石英中掺铈（Ce），铕（Eu）转换紫外光为可见光。6（2）结构电极材料钨——高熔点（3640°），逸出功4.54eV钍钨（钨中掺入0.5~2%的氧化钍ThO2）——逸出功2.7eV形状头部尖锐有利于放电，单电流大时易损坏，用于连续灯。平圆头用于脉冲灯。密封接头过渡玻璃石英的线膨胀系数5×10－7℃－1钍钨的线膨胀系数46×10－7℃－

3、1焊封73.1.2惰性气体灯的放电过程连续弧光灯——灯管内惰性气体可以工作在比较稳定的弧光放电状态脉冲灯——灯管内气体工作在一个随时间急剧变化的放电过程中，发光犹如闪电，又称闪光灯。脉冲灯的伏安特性曲线8脉冲灯的伏安特性曲线9脉冲灯的伏安特性曲线触发段负阻段类稳放电段消电离段10闪光灯的等效电阻等离子体电阻系数K电阻率等效电阻灯阻系数11连续灯的伏安特性曲线12脉冲灯的光输出波形133.1.3惰性气体灯的输出特性及效率一、惰性气体灯的输出光谱二、影响气体灯输出的主要因素1.充气种类2.充气气压3.灯电流密度4.灯管内径5.

4、放电宽度三、氙灯辐射光谱的拟合14一、惰性气体灯的输出光谱气体灯的光辐射由强烈加宽的线状光谱和连续谱叠加而成。线状光谱对应于受激原子或离子从激发态向基态的辐射跃迁。高温下的碰撞，使特征谱线强烈加宽。连续谱对应于自由电子和正离子的空间复合及电子、离子碰撞而产生的韧致辐射。15二、影响气体灯输出的主要因素1.充气种类的影响原子量大每次碰撞的平均能量转移多。原子电离电位低，电离度大。相同气压和放电条件下，连续谱的成分和总辐射量高例如：Xe的原子序数54，Kr的原子序数36氙灯的连续谱和总能量高于氪灯。对于Vc＝1200V，C＝2

5、50uF，P＝600mmhg，d＝5mm，l＝70mm。氙灯与氪灯效率之比为：100/55。162.充气气压影响充气压增高，效率提高高充气压不易触发高充气压灯，在触发时对灯管的冲击大。173.灯电流密度影响灯电流密度增高线状谱和连续谱都增加。连续谱增长比线状谱快短波部分增长比长波快18最佳电流密度19氙灯与氪灯的选择204.灯管内径最佳管径（最大电光转换率）总是对应几乎恒定的峰值电流密度2500A/cm2。直径大，电弧无法充满管径，热中心气体密度低。直径大，放电充满横截面时间长，对于短脉冲泵浦，未完全电离，输入功率已经下降

6、，造成效率低。直径小，管壁损失，效率降低。215.放电脉宽的影响脉冲宽度过短，大部分能量用于电离，效率低。脉冲时间过长，电流密度下降，效率降低。最佳脉宽选择原则脉宽短，可以减少自发辐射的影响，一般脉宽小于激光介质的荧光寿命。脉宽过长，电流密度下降，发光效率低，自发辐射严重。能量越大，脉宽越长，保证接近最佳电流密度。22三、氙灯辐射光谱的拟合待求23温度的经验公式电流密度（KAcm－2）氙灯直径（cm）绝对温度充气压强（千分之一大气压1.33E2Pa）24吸收（发射）系数宽带连续谱分立谱25连续谱和分立谱的吸收（发射）系数2

7、.37E-2cm-11.5E-3cm-10.330um0.700um0.140um0.300um见P6226氙灯辐射谱强度见P62对角度平均的辐射函数Trenholme-Emmett扩展多项式27氙灯辐射谱的拟合曲线d=15mmp=4.05E4PaPin=20.1KWcm-29200K28辐射功率293.1.4惰性气体灯的技术参数及寿命着火电压自闪电压触发电压极限负载能力工作寿命30着火电压和自闪电压31影响着火电压和自闪电压的因素充气电压电极形状和材料形状——电极尖，电压低。材料——电极材料电荷发射性好，电压低。气体纯度

8、少量杂质气体可使电压显著增加。电极和管壁溅射，降低气体纯度。触发强度触发电压，触发频率，触发方式（内，外）极间距充气压32氙灯的寿命灯的失效破坏性——爆炸，破损非破坏性——输出能量，平均功率逐步减小失效原因高温作用内壁熔化，蒸发，重新凝聚在管壁上，形成白色沉淀。电极溅射，在管壁形成黑色沉淀接头裂缝，漏气