几种典型的激光器.pptVIP

方向性好 单色性好 高亮度 激 光 的 空 间 相 干 性 激光的时间相干性 1.He-Ne气体激光器 He-Ne激光管的工作原理： 设法减少下能级的粒子数 氮分子激光器是以脉冲放电的方式激励的。管道内通过氮气，近来也出现了封闭式的氮分子激光器。从基态向激发态C跃迁的几率要比向B跃迁的几率大很多，所以会在B, C间形成粒子数反转。但是C的寿命远小于B，所以粒子数反转只能在激励开始的很短时间内形成，过后激光振荡将自行终止，这类激光器称为自终止激光器。通常使用Blumlein电路来产生快速的放电。 氮分子激光器脉宽大约10ns，单脉冲能量大约几个mJ，输出波长为337.1nm，重复率可以超过100Hz。 氮分子激光器增益高，粒子数反转持续时间短，即使不使用谐振腔也可以得到放大的自发辐射（ASE）。通常在一端使用全反射镜，另一端使用高透射的窗口。 3.准分子激光器 4. CO2激光器 属于气体激光器，分子激光器 波长 9－11um，最常见10.6um 效率高 光束质量好 功率范围大（几瓦～几万瓦） 运行方式多样 结构多样 CO2激光器工作原理 因为与加入的N2分子的碰撞，(001)模式 充分布居。由放电使得氮分子布居于第 一振动能级。由此形成与低能级(100), (020)之间的粒子数反转。 激光发射可能在子转动能级间发生，并 形成位于10.2~10.8mm和9.2~9.7mm的 几个光谱带。 其中最强的谱线为10.59mm。 可以使用光栅来选择其一为输出波长。 如果使用同位素分子13CO2，则可以增加可选的波长。 二氧化碳激光器也可以工作于高气压（1个大气压到10个大气压）。 在较高气压下，谱线加宽，不同的振转谱线溶和在一起，从而可以在该波段范围内连续调谐激光。 工业上使用的二氧化碳激光器输出功率最高可以达到几十千瓦的量级。 CO2激光器的激发机理 CO2激光器类型 封离型纵向激励CO2激光器 高功率轴快流CO2激光器 高功率横流CO2激光器 横向激励高气压CO2激光器（TEA） 波导CO2激光器 CO2激光器运行方式 红宝石激光器是一个三能级激光器。因为基态是通常情况下粒子数布居最多的能态，所以要想在高能级和基态之间形成粒子数反转就需要非常有效的泵浦。 闪光灯大约打开1ms，大约0.5ms后受激发射从红宝石棒一端射出。一般观察到的输出为一个尖峰序列，每个尖峰宽度 大约为1微秒。这种尖峰序列的输出一般是应该 避免的。通常采用Q调制的方法。开始，通过 一个放置在激光介质和反射镜之间的器件将光 的通路阻断，此时，损耗很大，光无法产生振荡 尽管已经产生足够的粒子数反转。如果阻断被迅 速去除，则光得到放大，并产生一个巨脉冲。 一般使用偏振的改变来阻断光路。 巨脉冲功率可超过108W，脉宽为ns量级。 6. 染料激光器 以某种有机染料溶解于一定溶剂中作为激活介质的激光器 波长可调谐，调谐范围宽 光谱分辨率高 结构简单 价格便宜 稳定性差 染料激光器的工作原理 染料激光器的工作方式 脉冲染料激光器 闪光泵浦 激光器泵浦 连续染料激光器 波长调谐 光栅 棱镜 F－P 双折射滤光片 设计染料激光器应考虑的几个问题 染料的选择 光谱特性，转换效率，化学稳定性，浓度，寿命 溶剂的选择 染料盒的结构 泵浦源 7. 自由电子激光器 真空中自由电子通过与泵浦场（周期磁场或电磁场）相互作用产生激光。 高功率（MW） 高效率（理论上50％） 宽波长调谐范围（原则上从微波到X射线） 自由电子激光组成及类型 组成 高能电子加速器 摆动器 光学谐振腔 类型 磁韧致辐射自由电子激光器 康普顿型自由电子激光器 拉曼型自由电子激光器 切伦科夫辐射自由电子激光器 例： He - Ne 激光器原理示意图 E1 E2 基态 激发态 He E’1 E’3 基态 亚稳态 Ne E’2 自发辐射 光泵 632.8 nm 慢 快 非稳态 碰撞交换(共振) hυ 球面反射镜(100 %反射) 球面反射镜 ( 98 %反射) 阳极 阴极 放电管 布儒斯特窗 布儒斯特窗 He - Ne 激光器结构示意图 2.N2分子激光器 主要的准分子激光器 准分子是一种在激发态结合为分子，在基态离解为原子的不稳定缔合物。跃迁发生在束缚的激发态和排斥的基态之间。准分子跃迁到基态以后立即解离。意味着只要激发态存在分子，就处于粒子数反转状态。由于下能级不是确定的能级，跃迁是宽带的，所以准分子激光器常常可以调谐运转。准分子可由异类或者同类原子构成。 理学院 陈静伟 准分子指在激发态能够暂时结合成的不稳定分子（Excimer） 高重复率 可调谐 量子效率高 波长短，紫外到可见区 准分子