最新激光原理第九章PPT学习课件.ppt

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1、9、1固体激光器固体激光器通常是指以绝缘晶体或玻璃作为工作物质的激光器。少量的过渡金属离子或稀土离子掺入晶体或玻璃，经光泵激励后产生受激辐射作用。参加受激辐射作用的离子密度一般为1025—1026m-3，较气体工作物质高3个数量级以上．激光上能级的寿命为(10-4—10-3s)，因此易于获得大能量输出，进行调Q可以获得大功率脉冲输出。一、光泵激励光激励又可分为气体放电灯激励和半导体激光器激励两种方式。1、气体放电灯激励以气体放电灯为激励光源是广为采用的激励方式，脉冲激光器采用脉冲氖灯，连续激光器采用氖灯或碘钨灯。气体放电灯激励的能量转换环节多，

2、其辐射光谱很宽、只有一部分能量分布在激光工作物质的有效吸收带内，通常L约为15％，激光器的效率较低，常用的Nd：YAG激光器的效率约为1％—3％2．半导体激光二极管激励用波长与激光工作物质吸收波长相匹配的激光作激励光源将大大提高激光器效率。Nd：YAG宽约30nm的810nm泵浦吸收带中含合多条吸收谱线，809nm的半导体激光二极管输出光泵浦可以准确地对准此吸收带中带宽约2nm的809nm吸收谱线。半导体激光二极管激励的固体激光器的总效率为7％—20％。有小型化、全固态、长寿命及热效应小等优点。单个半导体激光器功率已越过1w，半导体激光器列阵

3、功率达数百瓦。工作物质的泵浦吸收谱线和已有大功率半导体激光器发射波长匹配是构成半导体激光器泵浦的固体激光器的必要条件。适于构成此类激光器的固体工作物质有Nd：YAG，Nd：YVO4，Nd：YLF，Tm、Ho：YAG。为了使波长准确匹配，对半导体激光器的温度加以控制。二、红宝石激光器红宝石是掺有少量Cr2O3(质量比约为0.05％)的A1203晶体。红宝石激光器属三能级系统，具有较高的泵浦能量阈值，所以通常只能以脉冲方式运转。调制红宝石激光器输出巨脉冲峰值功率可达10～50MW，脉宽为10～20ns；锁模红宝石激光器输出超短光脉冲的峰值功率109

4、w量级，脉宽达10ps；红宝石激光器是最早研究成功的激光器，但由了是三能级运转，阈值泵浦能量高．应用远不及钕激光器广泛。由于输出可见激光，在动态全息、医学等方面仍有应用价值三、钕激光器三价钕离子为激活粒子的钕激光器是使用最广泛的激光器。Nd3+离子部分取代Y3Al5O12晶体中Y3+离子称为掺钕亿铝石榴石(简称Nd：YAG)。属四能级系统，有量子效率高、受激辐射截面大的优点，阈值比红宝石和钕玻璃激光器小得多，有高的热导率，易于散热，可以单脉冲运转，用于高重复率或连续运转，Nd：YAG连续激光器的最大输出功率超过1000w，每秒5000次的激光器

5、的输出峰值功为数千瓦，每秒几十次重复频率的调Q激光器的峰值功率达几百兆瓦。钕玻璃是在硅酸盐或磷酸盐玻璃中掺入适量的Nd2O3制成的。Nd3+离子的能级结构与Nd：YAG基本相同，只是能级的宽度和能量有些差异，泵浦吸收带稍宽，荧光寿命较长(0.6～0.9ms)，荧光线宽(250cm-1)，量子效率较低(0.3～0.7)，受激辐射截面约为Nd：YAG的1／30。激射波长为1060nm，选模时可产生1370nm激光。钕玻璃的荧光寿命长，易于积累高能级粒子。容易制成光学均匀性优良的大尺寸材料，可用于大能量大功率激光器。输出能量已达上万焦耳。荧光线宽较宽

6、，适于制成锁模器件，钕玻璃锁模激光器可产生脉宽小于1ps的超短光脉冲。钕玻璃的热导率低，振荡阈值又较高，因此不宜用于连续和高重复率运转。已实现激光运转的掺Nd3+晶体达140多种四、钛宝石激光器红宝石和钕激光器产生的激光具有固定波长，掺钛宝石激光器则是—种可调谐固体激光器，其突出特点是在很宽的波长范围内(660—1180nm)连续可调。钛宝石的激光跃迁上能级寿命仅为3.8s，为了获得足够高的泵浦速率，钛宝石激光器大多采用激光泵浦。9、2气体激光器气体激光器是以气体或蒸气为工作物质的激光器。气态物质的光学均匀性远比固体好，所以气体激光器易于获得

7、衍射极限的高斯光束，方向性好。气体工作物质的谱线宽度远比固体小，激光的单色性好。但由于气体的激活粒子密度较固体为小，要较大体积的工作物质才能获得足够的功率输出，因此气体激光器的体积比较大。气体工作物质吸收谱线宽度小，不采用光源泵浦，通常采用气体放电泵浦方式；在放电过程中，受电场加速而获得了足够动能的电子与粒子碰撞时，将粒子激发到高能态，因而在其一对能级间形成了集居数反转分布。除了气体放电泵浦外，气体激光器还可采用化学泵浦、热泵浦及核泵浦等方式。一、He-Ne激光器He-Ne激光器是最早研制成功的气体激光器。激光谱线最强的是632.8nm、1.1

8、5m和3.39m三条谱线。放电管长数十厘米的He-Ne激光器输出功率为毫瓦量级，长1—2m的激光器输出功率可达数十毫瓦。结构简单、体积较小、价格低