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激光技术与激光器
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激光
Laser:Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
通过受激辐射而产生,放大的光,即受激辐射的光放大。
特点:单***极好,发散度极小,亮度(功率)可以达到很高。
爱因斯坦在1916年提出受激辐射的概念。
1958年,美国科学家汤斯和肖洛发现了一种神奇的现象:当他们将氖光灯泡所发射的光照在一种稀土晶体上时,晶体的分子会发出鲜艳的、始终会聚在一起的强光。
激光原理:物质在受到与其分子固有振
荡频率相同的能量激发时,都会产生这
种不发散的强光--激光。
他们分别获得1964年和1981年的诺贝尔
物理学奖。
激光器
激光器:能发射激光的装置,利用受激辐射原理使光在某些受激发的物质中放大或振荡发射的器件
1954年制成了第一台微波量子放大器,获得了高度相干的微波束

:利用一个高强闪光灯管,来刺激红宝石

***化镓半导体激光器。
激光器的基本结构
激光器的基本结构由工作物质、泵浦源和光学谐振腔三部分构成。
工作物质是激光器的核心,是激光器产生光的受激辐射放大作用源泉之所在。
泵浦源为在工作物质中实现粒子数反转分布提供所需能源。工作物质类型不同,采用的泵浦方式不同。
光学谐振腔则为激光振荡的建立提供正反馈,同时,谐振腔的参数影响输出激光束的质量。
激光器分类

按照激光工作物质
气体激光器
气体和金属蒸气作为工作物质。
根据气体工作物质为气体原子、气体分子或气体离子,又可将气体激光器分为原子激光器、分子激光器和离子激光器。
原子激光器中产生激光作用的是未电离的气体原子,激光跃迁发生在气体原子的不同激发态之间。采用的气体主要是氦、氖、氩、氪、氙等惰性气体和镉、铜、锰、锌、铅等金属原子蒸气。原子激光器的典型代表是He-Ne激光器。
分子激光器中产生激光作用的是未电离的气体分子,激光跃迁发生在气体分子不同的振-转能级之间。采用的气体主要有CO2、CO、N2、O2、N2O、H2O、H2 等分子气体。分子激光器的典型代表是CO2 激光器。
准分子激光器。所谓准分子,是一种在基态离解为原子而在激发态暂时结合成分子(寿命很短)的不稳定缔合物,激光跃迁产生于其束缚态和自由态之间。采用的准分子气体主要有XeF* 、KrF* 、ArF* 、XeCl* 、XeBr* 等。其典型代表为XeF*准分子激光器。
离子激光器中产生激光作用的是已电离的气体离子,激光跃迁发生在气体离子的不同激发态之间。采用的离子气体主要有惰性气体离子、分子气体离子和金属蒸气离子三类。其典型代表为Ar+ 激光器。
激励方式
气体激光器一般采用气体放电激励,还可以采用电子束激励、热激励、化学反应激励等方式。
波长范围:
气体激光器波长覆盖范围主要位于真空紫外—远红外波段
特点:
激光谱线上万条,具有输出光束质量高(方向性及单***好)、连续输出功率大(如CO2 激光器)等输出特性,其器件结构简单,造价低廉。
应用
气体激光器广泛应用于工农业生产、国防、科研、医学等领域,如计量、材料加工、激光医疗、激光通信、能源等方面。
1961年,第一台气体激光器—He-Ne激光器问世。
固体激光器
固体激光器以固体激光介质作为工作物质。
固体工作物质通常是在基质材料,如晶体或玻璃中掺入少量的金属离子(称为激活离子),激光跃迁发生在激活离子的不同工作能级之间。
用作激活离子的元素可分为四类:
三价稀土金属离子、二价稀土金属离子、过渡金属离子和锕系金属离子。
固体激光器的典型代表是红宝石(Cr3+:Al2O3 )激光器、掺钕钇铝石榴石(Nd3+:YAG)激光器、钕玻璃激光器和掺钛蓝宝石(Ti 3+:Al2 O3 )激光器。
固体激光器多采用光泵浦,泵浦光源主要有闪光灯和半导体激光二极管两类。
固体激光器的波长覆盖范围主要位于可见光—近红外波段,激光谱线数千条,具有输出能量大(多级钕玻璃脉冲激光器,单脉冲输出能量可达数万焦)、运转方式多样等特点。器件结构紧凑、牢固耐用、易于与光纤耦合进行光纤传输。
固体激光器主要应用于工业、国防、科研、医学等领域,如激光测距、材料加工、激光医疗、激光光谱学、激光核聚变等方面。
液体激光器
液体激光器的工作物质分为二类:有机化合物液体(染料), 无机化合物液体。其中,染料激光器是液体激光器的典型代表。常用的有机染料有四类:吐吨类染料、香豆素类激光染料、恶嗪激光染料和花青类染料。
染料激光器多采用光泵浦,主要有激光泵浦和闪光灯泵