气体激光器ppt课件.ppt

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1、第三讲气体激光器李卓王欣光纤激光器掺钛蓝宝石激光器LD泵浦固体激光器固体激光器的泵浦光源固体激光的输出特性1、尖峰结构2、输出功率、能量和效率3、激光光谱4、激光束的方向性气体激光器气体激光器是以气体作为工作物质的激光器，利用气体原子、离子或分子的能级跃迁产生激光。通常包括原子、离子和分子气体激光器三类。原子气体激光器：产生激光作用的是没有电离的气体原子，其典型代表是氦氖激光器。分子激光器：产生激光作用的是没有电离的气体分子，分子激光器的典型代表是CO2激光器、氮分子(N2)激光器和准分子激光器。离子激光器：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。气体激光器的特

2、点：在单色性和光束稳定性方面都比固体激光器、半导体激光器和液体(染料)激光器优越，由于气态物质的光学均匀性一般都比较好。气体激光器产生的激光谱线极为丰富，达数千种，分布在从真空紫外到远红外波段范围内。多数气体激光器都有瞬时功率不高的特点。在气体激光器中采用气体放电或电子束激励的方法以实现泵浦激光器的工作气体中，除能产生激光发射的气体之外，一般还含有一些辅助气体，如各种惰性气体及氮、氧等。它们在激光器中有的作为缓冲气体，有的作为能量转移气体。分子气体激光器和准分子激光器可以作为可调谐激光器。1.氦—氖激光器氦—氖(He—Ne)激光器属于原子激光器类，它是于1961年首先实现激光输出的气体激光器

3、，能产生许多可见光与红外光的激光谱线，多采用连续工作方式（输出几毫瓦到几十毫瓦）。特点：输出激光的方向性好(发散角1mrad以下)；单色性好(线宽可小于20Hz)；输出功率和波长可控制的很稳定；结构简单、寿命长、体积小、重量轻、成本低、使用方便；红光、黄光、绿光、偏振输出等。应用：精密计量、检测、准直、导向、全息照相、信息处理、以及医疗、光学实验日本OPTEC测距头日本手持测距仪奥地利激光测距仪He—Ne激光器的结构He—Ne激光器的结构形式很多，但都是由激光管和激光电源组成。激光管由放电管、电极和光学谐振腔组成。图1内腔式He—Ne激光器的结构放电管通常由毛细管和贮气室构成，是产生激光的地

4、方。放电管中充入一定比例的氦(He)、氖(Ne)气体，当电极加上高电压后，毛细管中的气体开始放电使氖原子受激发产生粒子数反转。贮气室与毛细管相连，并不发生气体放电，其作用是补偿因慢漏气及管内元件放气或吸附气体造成He、Ne气体比例及总气压发生的变化，延长器件的寿命。电极He-Ne激光管的阳极一般用钨棒制成，阴极多用电子发射率高和溅射率小的铝及其合金制成。为了增加电子发射面积和减小阴极溅射，一般都把阴极做成圆筒状，然后用钨棒引到管外。谐振腔He-Ne激光器由于增益低，谐振腔一般采用平凹腔，平面镜为输出镜，透过率约1%～2％，凹面镜为全反射镜。He-Ne激光管的结构按谐振腔与放电管的放置方式不同

5、可分内腔式、外腔式和半内腔式。按阴极及贮气室位置的不同又可分为同轴式、旁轴式和单细管式。图2He—Ne激光器的基本结构形式He—Ne激光器工作原理He-Ne激光器是利用原子中的电子—电子能级之间的跃迁。它可以在0.6328m,3.39m和1.15m三个中的任何一个波长上实现激光振荡。He-Ne激光器是典型的四能级系统，能级结构如图3所示。图3He—Ne原子的部分能级图0.6328m振荡是由跃迁形成的。上能级寿命为10-7秒。下能级寿命为1.8×10-8秒，比寿命短得多，因而满足反转分布条件。1.15m振荡是由跃迁形成的。对激光上能级的泵浦是通过与氖的23S1的近共振能量转移来实现的

6、。的寿命为10-7秒。它的下能级与0.6328m跃迁过程所使用的相同，所以，也有赖于管壁效应抽空1S能级，从而抽空能级上的氖原子。3．39m振荡是由跃迁形成的。其上能级与0.6328m振荡时的相同；下能级的寿命为10-8秒，下能级与基态间的跃迁是禁戒的，通过自发幅射衰变到1S能级上，因而也是靠管壁效应抽空激光下能级。0.6328m和3.39m两种振荡具有同一个上能级,因此它们之间存在着较强的谱线竞争。的寿命比的短，允许建立起相应于3.39m振荡的大的反转分布；同时由于增益G正于，使得3.39m振荡的增益大于0.6328m振荡的增益，所以3.39m首先达到阈值，正常的振荡发生

7、在3.39m而不是0.6328m。一旦3.39m振荡发生，上的反转数被消耗，0.6328m的增益受到抑制，阻碍了上原子数的进一步增加，因此限制了0.6328m振荡的发生。谱线竞争0.6328m与1.15m振荡共同使用一个下能级，因而也将发生谱线竞争。这两条谱线间的竞争较0.6328m和3.39m两条谱线间的竞争弱一些。2.Ar+离子激光器如果激光跃迁发生在气体原子或分子的离子能级之间，这种激