第2章激光器1汇编.ppt

* 2、激发机理 激光工作物质：CO2气体分子。 除此外，还有适量的辅助气体N2和He等，它们的作用是加快泵溥速率和传热。 与产生激光有关的CO2分子能级图 通直流电流，当CO2激光器进行气体放电时，一部分高速电子直接碰撞CO2分子，使其由基态跃迁到激发态(000l)上；另一部分高速电子与N2分子碰撞，使其由基态(V＝0)激发到高能态(V=1)上，由于V=1与000l能级非常接近，通过共振转移能量使基态CO2分子激励到000l能级上，实现了CO2分子在000l能级上的粒子数反转。 发射激光谱线情况: 000l ?1000 10.6?m (谱线竞争胜，主要发射波长） 000l?0200 9.6?m（弱） 3、CO2激光器的输出特性 CO2激光器的放电电流影响输出功率，但有一个最佳放电电流，它与放电管的直径、气压以及气体混合比有关。 (1) 放电特性 CO2激光器的转换效率虽高，但仍有60％以上的能量转换为气体的热能，使温度升高，从而引起激光上能级的消激发和激光下能级的热激发，减少反转粒子数。并且气体温度的升高，还将使谱线展宽。特别是还将引起CO2分子的分解，降低放电管内的CO2分子浓度。因此，“冷却”是CO2激光器正常运转的重要技术问题。 (2) 温度效应 三、Ar+离子激光器 Ar+激光器特点： （1）谱线很丰富，主要分布在蓝绿光区，其中以0.4880μm 蓝光和0.5145μm绿光两条谱线最强。 （2）既可以连续工作，又可以脉冲状态运转，连续功率一般为几瓦到100多瓦，是目前在可见光区连续输出功率最高的激光器。 应用：广泛应用于激光显示、全息照相、信息处理、光谱分析及医疗等领域。 离子激光器是以气态离子的不同激发态之间的激发跃迁进行工作的。 Ar+气体激光器是最常见的一种。 1、Ar＋激光器的结构 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。最关键的部件是放电毛细管。 分段石墨结构Ar+激光器示意图 1石墨阳极；2石墨片；3石英环；4水冷套；5放电毛细管；6阴极； 7保热屏；8加热灯丝；9布氏窗；10磁场；11貯气瓶； 12电磁真空充气阀；13镇气瓶；14波纹管；15气压检测器 2. Ar＋激光器的激发机理 激活粒子：Ar+ Ar+激发过程分两步：首先通过气体放电将Ar原子电离，然后通过电子碰撞将Ar+激发到激光上能级。如右图：激光上能级是3p44p，激光下能级为3p44s。上面有许多不同的电子态，可输出从0.4545μm到0.5287μm的多条丰富谱线，其中最强的是0.4880μm和0.5145μm两条谱线。 与产生激光有关的Ar+的能级结构 3、Ar＋激光器的工作持性 Ar＋激光器可以产生多条激光谱线，对应每条谱线都有一个阈值电流。（其中0.4880μm和0.5145μm阀值电流最低）。 (1)多谱线工作 (2)输出功率与放电电流的关系 与其它激光器有所不同：当放电电流较小时，输出功率与放电电流约成四次方关系；随着放电电流的增大，增益随电流增长的速率变慢，输出功率逐渐变为与放电电流成平方关系。 2.4.4 染料激光器 染料激光器的工作物质：溶于适当溶剂中的有机染料。适合的染料一般是包含共辄双键的有机化合物。 染料激光器的主要特点是：①输出激光波长可调谐，可调宽度达上百毫微米；②激光脉冲宽度可以很窄，可达飞秒(10-15秒)量级；③染料激光器的输出功率大，可与固体激光器比拟，但价格便宜；④染料激光器工作物质均匀性好。 应用：光化学、光生物学、光谱学、化学动力学、同位素分离等。 在染料分子的能级中，对应每个能级都有一组振动-转动能级，并且由于分子碰撞和静电扰动，振动-转动能级被加宽。因此，染料分子能级是准连续态能级结构。 激光能级S0和S1也都是准连续宽带,其吸收谱和荧光发射谱都是连续宽带结构,所以染料激光器有很宽的调谐范围。 染料分子能级图 一、 染料分子能级及跃迁 染料分子存在三重态陷井，不利于激光支运转。可在染料中加入三重态淬灭济，或采用短脉冲泵浦来改善。 二、染料激光器的泵浦 根据上述染料分子光辐射的特殊性，染料激光器一般采用光泵浦。有脉冲光泵浦和连续光泵浦，有闪光灯泵浦和激光泵浦。 激光泵溥的三镜腔式染料激光器 染料激光器的突出特点是激光波长可调谐。为了实现精确的调谐和获得较窄的线宽，需要有一个带有波长选择装置的谐振腔。经常采用的波长选择装置有光栅、棱镜、F-P标准具、双折射滤光片、分布反馈装置、电控调谐元件等。 三、染料激光器的调谐 如光栅-反射镜调谐：G的不