第8章 典型激光器修改.pptVIP

激光原理及应用 陈鹤鸣 赵新彦 2. 输出特性 (1) 放电特性 相应于CO2激光器的输出功率，其放电电流有一个最佳值。CO2激光器的最佳放电电流与放电管的直径，管内总气压，以及气体混合比有关。 (2) 温度效应 小信号增益与气体温度、电子密度的关系 CO2激光器将有60％以上的能量转换为气体的热能，使温度升高。而气体温度的升高，将引起激光上能级的消激发和激光下能级的热激发，这都会使粒子反转数减少。并且，气体温度的升高，将使谱线展宽，导致增益系数下降。特别是，气体温度的升高，还将引起CO2分子的分解，降低放电管内的CO2分子浓度。 放电管内径：3-5mm 放电管长： 几十厘米 1. 基本结构 惰性气体的典型代表，大电流放电激励；激光谱线非常丰富，在可见光区和紫外光区，488nm和514.5nm最强；既可以连续工作，也可以脉冲工作，连续工作功率达几十W；能量转换效率较低，最高达0.6%。 8.2.4 氩离子激光器 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。 放电管：工作于弧光放电，电流达1000A/cm2，采用耐高温、导热性能好的石墨片结构，之间是瓷珠。 电极：采用钡钨阴极和钼阳极，电极形状为圆筒结构。 回气管：为保持管内气体均匀，采用的回气管是在石墨片上开许多小孔。 轴向磁场：提高输出功率和寿命，加几百到上千高斯的轴向磁场，由套在放电管外面的螺旋管产生。 冷却系统：有风冷和水冷两种。 2. 发光原理 与产生激光有关的Ar+的能级结构 Ar的原子序数18，基态的电子组态为： 最外层封闭层。 在放电激发下，发生电离形成基态Ar+（3P5) 进一步激发，使1个3P电子处于4S，5S，4P，3D，4D等。 从3P44P到3P44S发射激光，由于这两个能级都由若干子能级组成，所以可发射9条蓝绿谱线，其中488nm和514.5nm最强。 上能级的激发：依靠电子的碰撞实现，有三种形式： （1）一步激发：电子与基态的氩原子碰撞，直接把氩原子激发到氩离子的激发态，需要能量36eV。 （2）二步激发：电子与基态氩原子碰撞，形成基态的氩离子（电离）；基态氩离子再与电子碰撞形成激发态的氩离子。 （3）串级激发：氩原子先被激发到比上能级更高的高能级，然后通过辐射跃迁到激光上能级，它也可以分布进行。 下能级的弛豫：先通过辐射跃迁（72nm）到达氩离子基态，基态氩离子在管壁处与电子复合，跃迁到氩原子基态。 2. Ar＋激光器的工作持性 Ar＋激光器可以产生多条激光谱线，其中488nm和514.5nm最强。 (1)多谱线工作 (2)输出功率与放电电流的关系 由于Ar＋激光器特殊的激发机制，其输出功率随放电电流的变化规律与其它激光器有所不同。 Ar+激光器输出功率随放电电流变化 液体溶液作为工作物质 有机溶液激光器：染料激光器 无机溶液激光器 激励方式：光泵激励 染料激光器基本结构： 染料池，谐振腔，泵浦光源，染料溶液的循环及过滤系统 8.3.1 染料激光器的泵浦方式与基本结构 工作方式： 连续运转或脉冲方式 特点： （1）可调谐 （2）可产生极窄光脉冲 压缩 8.3 染料激光器 8.3.2 染料激光器的工作原理 染料分子的能级图 典型染料（若丹明6G）的 吸收－荧光光谱图 （1）染料分子能级 染料分子能级是准连续态能级结构,包括电子运动、原子间相对振动和分子转动。根据自旋状态分为单态和三重态，用S和T表示。S0为基态，其余为激发态。染料分子吸收能量从S0跃迁到S1的某一振动-转动能级，寿命很短（ps量级），把能量传递给溶剂分子，回到S1的最低能级，寿命ns量级。 （2）染料分子的光辐射过程 辐射跃迁主要发生在单态之间或三重态之间，单态和三重态之间的辐射跃迁是禁戒的。所以，分子从S1最低能级跃迁到S0态的任意能级发光，然后通过无辐射跃迁回到S0最低能级。属于四能级结构。 （3）染料分子的三重态“陷阱” ：S1到T1的无辐射跃迁，减少S1上的粒子；T1上粒子吸收荧光跃迁到T2。 根据谐振腔类型分类： F—P腔，平凹腔，聚焦腔，折叠腔，环形腔等。 根据激光器的输出波长分类： 中红外激光器，近红外激光器，可见光激光器， 红光激光器，绿光激光器，蓝光激光器， 紫外激光器，深紫外激光器，X射线激光器 根据激光器结构（半导体激光器）分类： 同质结激光器，单异质结激光器，双异质结激光器， 量子阱激光器，量子线激光器，量子点激光器 固体激光工作物质： 由基质材料（晶体或玻璃）和少量掺杂离子（激活粒子）两部分组成 固体激光器分类 晶体激光器：红宝石，钇铝石榴石（YAG） 非晶体激光器：玻璃、塑料 目前最有实用价值的固体激光工作物质： 红宝石晶体，