光电子技术_ch4激光器种类及其特性.ppt

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1、光电子技术OptoelectronicsTechnique7/16/20211南师大光电技术江苏省重点实验室激光器分类按工作物质分：固体（Nd：YAG）、气体（He-Ne、CO2）、液体、染料、半导体、自由电子等；按泵浦方式分：光泵浦、电泵浦、化学能泵浦、热泵浦等、磁泵浦；按辐射特征分：连续、脉冲；按光谱范围分：可见光谱、远红外光谱、紫外光谱等；按能级分：三能级系统、四能级系统。4.1激光器分类4激光器种类和特性7/16/20212南师大光电技术江苏省重点实验室1.4典型激光器介绍气体激光器的分类原子---产生激光作用的是没有电离的气体

2、原子，所采用的气体主要是氦、氖、氩、氪、氙等惰性气体，有时也采用氯、溴、碘、氮、硫、碳、氧等原子气体，或铯、镉、铜、锰、锡等金属原子蒸气。分子（准分子）---产生激光作用的是没有电离的气体分子，所采用的分子气体有：CO、N2、O2、CO2、N2O和水蒸气等；准分子激光器的工作气体在常态下为原子，当受到激发时，可暂时形成寿命很短的分子，称为准分子，这种分子也能产生激光。常采用的准分子有：Ar2*、Xe2*、XeF*、KrF*、ArF*、XeCl*、XeBr*、XeO*、KrO*等。离子---利用电离后的气体离子产生激光作用，主要有惰性气体离

3、子和金属蒸气离子。离子激光器的典型代表是氩离子(Ar+)和氦-镉(He-Cd)离子激光器7/16/20213南师大光电技术江苏省重点实验室气体激光器的工作原理电激励---气体放电在高电压下，气体分子发生电离导电(叫做气体放电)，被电场加速的电子与气体原子(或分子、离子)碰撞，使后者激发到高能级，形成粒子数反转，这一过程称为放电激励。气体放电可采用直流或交流的连续放电、射频放电(高频放电)、脉冲放电等形式。直流和交流放电又分为纵向放电和横向放电两种。除放电激励外，还可用电子枪产生的高速电子去激励气体，使之跃迁到高能级，这称为电子束激励。4.

4、2气体激光器4激光器种类和特性7/16/20214南师大光电技术江苏省重点实验室氦-氖(He-Ne)激光器He-Ne激光器可以分为内腔式、外腔式和半内腔式三种，如右图所示。He-Ne激光器是典型的四能级系统。4.2气体激光器4激光器种类和特性7/16/20215南师大光电技术江苏省重点实验室He-Ne激光器4.2气体激光器4激光器种类和特性7/16/20216南师大光电技术江苏省重点实验室封离式CO2激光器结构示意图二氧化碳激光器下图是一种典型的结构示意图。构成CO2激光器谐振腔的两个反射镜放置在可供调节的腔片架上，最简单的方法是将反射镜

5、直接贴在放电管的两端。4.2气体激光器4激光器种类和特性7/16/20217南师大光电技术江苏省重点实验室与产生激光有关的CO2分子能级图4.2气体激光器4激光器种类和特性7/16/20218南师大光电技术江苏省重点实验室分段石墨结构Ar+激光器示意图Ar+离子激光器Ar＋激光器一般由放电管、谐振腔、轴向磁场和回气管等几部分组成。如下图所示为石墨放电管的分段结构。4.2气体激光器4激光器种类和特性7/16/20219南师大光电技术江苏省重点实验室4.2气体激光器4激光器种类和特性7/16/202110南师大光电技术江苏省重点实验室气体激光

6、器的输出特性输出功率大---气体激光器容易实现工作物质的大体积均匀分布，且工作物质的流动性好，因此能获得很大功率输出。例如高功率电激励CO2激光器连续输出功率已达数万瓦以上。效率高---大部分的气体激光器既能连续工作又能脉冲工作。目前，CO2激光器的电光转换效率已达到25％，而CO激光器在低温条件下可达到50％。谱线范围宽---目前有数百种气体和蒸气可以产生激光，已经观测到的激光谱线近万余条，谱线覆盖范围从亚毫米波到真空紫外波段，甚至X射线、射线波段。光束质量优---工作物质均匀一致保证了气体激光束的优良光束质量，在光束的相干性、单色性方

7、面优于固体、半导体激光器，如He-Ne激光的单色性很高，Δλ很容易达到10-9～10-11nm，其发散角只有l～2毫弧度。4.2气体激光器4激光器种类和特性7/16/202111南师大光电技术江苏省重点实验室4、准分子气体激光器准分子激光器的工作物质为稀有气体或稀有气体与卤素气体的混合气体，这是一类工作在紫外波长段的高效脉冲激光器，通常作为分光、激光加工、光刻的光源。一般情况下，稀有气体是非常稳定的，很难与其他原子结合形成分子，但一旦被激发后．气体性质发生变化，易与其他原子结合形成分子，这样形成的分子称为准分子。准分子在激发态很稳定，而在

8、基态不稳定，会立即被分解，使基态准分子数非常少，因而可获得理想的反转分布。稀有气体与卤素气体的不同组合所得激光波长不同4.2气体激光器4激光器种类和特性7/16/202112南师大光电技术江苏