激光原理-第五章分解.ppt

《激光原理-第五章分解.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、激光原理1激光原理第五章　典型激光器介绍5.1固体激光器5.2气体激光器5.3染料激光器5.4半导体激光器5.5其他激光器2§5.1固体激光器31960-5-17，TedMaiman发明第一台激光器方向性好、单色性好、相干性好、高亮度45.1.1固体激光器的基本结构与工作物质图5-1是长脉冲固体激光器的基本结构示意图(冷却、滤光系统未画出)。图5-1固体激光器的基本结构示意图激光工作物质泵浦源聚光腔谐振腔冷却与滤光输出能量大峰值功率高结构紧凑，牢固耐用52.红宝石激光器红宝石是在三氧化二铝(A12O3)中掺入少量的氧化铬(Cr2O3)生长成的晶

2、体。它的吸收光谱特性主要取决于铬离子(Cr3＋)。如图5-2所示。它属于三能级系统，相应于图5-3的简化能级模型图(5-2)红宝石中铬离子的吸收光谱0.55um0.4um6图(5-3)红宝石中铬离子的能级结构0.6943um0.6929um优点:容易单模输出缺点:阈值高且温度效应严重红宝石激光器的优点和主要缺点。机械强度高，容易生长大尺寸晶体73.掺钕钇铝石榴石(Nd3＋：YAG)工作物质:将一定比例的A12O3、Y2O3，和Nd2O3在单晶炉中进行熔化结晶而成的，呈淡紫色。它的激活粒子是钕离子(Nd3＋).图(5-4)Nd3＋:YAG晶体的吸

3、收光谱8图(5-5)Nd3＋:YAG的能级结构YAG中Nd3＋与激光产生有关的能级结构如图(5-5)所示。它属于四能级系统。优点:阈值低，具有良好的热学性质95.1.2固体激光器的泵浦系统固体激光工作物质是绝缘晶体，一般都采用光泵浦激励。目前的泵浦光源多为工作于弧光放电状态的惰性气体放电灯。2.常用的泵浦灯在空间的辐射都是全方位的，因而固体工作物质一般都加工成圆柱棒形状，所以为了将泵浦灯发出的光能完全聚到工作物质上，必须采用聚光腔。泵浦光源应当满足两个基本条件发光效率高辐射光的光谱特性应与激光工作物质的吸收光谱相匹配103.图(5-6)所示的椭

4、圆柱聚光腔是小型固体激光器中最常采用的聚光腔，它的内表面被抛光成镜面，其横截面是一个椭圆。图(5-6)椭圆柱聚光腔4.固体激光器的泵浦系统需要冷却。常用的冷却方式有液体冷却、气体冷却和传导冷却等，其中以液冷最为普遍。5.泵浦灯和工作物质之间插入滤光器件滤去泵浦光中的紫外光谱。焦线位置焦线位置115.1.3固体激光器的输出特性1.固体激光器的激光脉冲特性2.转换效率总体效率定义为激光输出与泵浦灯的电输入之比。对于连续激光器(用功率描述)和脉冲激光器(用能量描述)分别表示为：一般的脉冲固体激光器产生的激光脉冲是由一连串不规则振荡的短脉冲(或称尖峰)

5、组成的，各个短脉冲的持续时间约为(0.11)s，各短脉冲之间的间隔约为(510)s。泵浦光愈强，短脉冲数目愈多，其包络峰值并不增加。可用调Q技术得到激光巨脉冲12135.1.4新型固体激光器1.半导体激光器泵浦的固体激光器图(5-7)半导体激光器泵浦固体激光器的结构示意图半导体激光器泵浦固体激光器与闪光灯泵浦固体激光器相比有其主要优点半导体激光器泵浦固体激光器的结构，有如图(5-7)(a)所示的端泵浦方式和图(5-7)(b)所示的侧泵浦方式。能量转换效率高工作时无功热量小、介质温度稳定、激光谱线更窄寿命长,结构简单142.可调谐固体激光

6、器——输出波长可变化可调谐固体激光器主要有两类：色心激光器用掺过渡族金属离子的激光晶体制作的可调谐激光器。3.高功率固体激光器高功率固体激光器主要是指输出平均功率在几百瓦以上的各种连续、准连续及脉冲固体激光器，它一直是军事应用和激光加工应用所追求的目标。关键技术：克服固体工作物质中的热效应15§5.2气体激光器165.2.1氦-氖(He-Ne)激光器1.He-Ne激光器的结构和激发机理图(5-9)He-Ne激光器的基本结构形式He-Ne激光器可以分为内腔式、外腔式和半内腔式三种。17图(5-10)与激光跃迁有关的Ne原子的部分能级图He-Ne激

7、光器是典型的四能级系统，其激光谱线主要有三条:3S2P0.6328m2S2P1.15m3S3P3.39mNe原子的激光上能级是3S和2S能级，激光下能级是3P和2P能级。182.He-Ne激光器的输出特性(1)谱线竞争:He-Ne激光器三条强的激光谱线(0.6328m，1.15m，3.39m)中哪一条谱线起振完全取决于谐振腔介质膜反射镜的波长选择。(2)输出功率特性:He-Ne激光器的放电电流对输出功率影响很大。图(5-11)是实验测得的输出功率与放电电流的关系曲线图(5-11)输出功率与放电电流的关系曲线19He-Ne激光器

8、存在着最佳混合比和最佳充气总压强，即存在最佳充气条件。在最佳充气条件下，使输出功率最大的放电电流叫最佳放电电流若放电毛细管的直径为d，充气压强为p，则