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第五章 典型激光器介绍 5.1 固体激光器 5.2 气体激光器 5.3 染料激光器 5.4 半导体激光器 5.5 其它激光器 5.1 固体激光器 固体激光器：掺杂离子的绝缘晶体或玻璃作为工作物质的激光器。 最常用的固体工作物质：红宝石、钕玻璃、掺钕钇铝石榴石(Nd3+:YAG)三种。 特点：输出能量大(可达数万焦耳)，峰值功率高(连续功率可达数千瓦，脉冲峰值功率可达千兆瓦、几十兆兆瓦)，结构紧凑，牢固耐用。 应用：打孔、焊接、划片、微调、激光测距、雷达、制导、激光视网膜凝结、全息照相、激光存储、大容量通信等。 Nd3+:YAG激光器的突出优点：阈值低和具有优良的热学性质，这就使得它适于连续和高重复率工作。 YAG是目前能在室温下连续工作的唯一实用的固体工作物质，在中小功率脉冲器件中，特别是在高重复率的脉冲器件中，目前应用Nd3＋：YAG的量，远远超过其它固体工作物质。 可以说，Nd3+:YAG从出现至今，大量使用，长盛不衰。 * * * * 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 * * * 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 * * * 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 * * * 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 * * * 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 * * * * §1.7 光的相干性 第一章 辐射理论概要 上一页 回首页 下一页 回末页 第一章 回目录 按输出方式分： 脉冲输出 连续输出 激光器的分类 按工作波段分： 可见光激光器 红外和远红外激光器 X射线激光器 紫外和真空紫外激光器 半导体激光器 按工作物质分 ： 气体激光器 固体激光器 液体激光器 自由电子激光器 光。 相干性差、染料溶液易老化。 波长连续可调。 染料激光器 电注入、电子束、雪崩光泵。 相干性差，波长一般在长波段（红外）。 小型，高效率，可以直接由电能转换为光能。 半导体激光器 光、核。 器件不能做得太大，除了YAG激光器外，室温下连续工作有困难。 输出能量大，峰值功率高，同样输出的情况下，体积比气体激光器小些，机械强度高。 固体激光器 放电、电子束、等离子体、光、热、核、化学。 同样的输出功率，外形比其它激光器的体积要大。 有从紫外到红外很宽范围的各种波长，能稳定地连续工作，光束质量好，可作高能激光器。 气体激光器 泵 浦 方 式 缺 点 优 点 种 类 各类激光器的特点 5.1.1 固体激光器的基本结构与工作物质 1.固体激光器基本上都是由工作物质、泵浦系统、谐振腔和冷却、滤光系统构成的。 图5-1 固体激光器的基本结构示意图 工作物质是固体激光器的核心。影响固体激光器工作特性的关键是固体激光工作物质的物理和光谱性质，主要指吸收带，荧光谱线，热导率等。 最广泛使用的是红宝石、掺钕钇铝石榴石（YAG）和钕玻璃三种。后两种产生激光的机制是类似的，而红宝石和YAG激光器 从产生激光的机制来讲，分别属于三能级和四能级系统。 2.红宝石(Cr3+:A12O3) 红宝石是在A12O3中掺入少量Cr2O3生长成的晶体。吸收光谱特性主要取决于铬离子(Cr3＋)。属于三能级系统，相应于图5-3的简化能级模型 图(5-2) 红宝石中铬离子的吸收光谱 红宝石中的铬离子有两个强吸收带：峰值位于0.4l?m处的紫外带(U带)和峰值位于0.55?m处的黄绿带(Y带)。由于红宝石晶体的各向异性，它的吸收特性与光的偏振状态有关，所以对于光场的振动方向与晶体光轴c垂直和平行的两种分量，吸收曲线略有差别。 图(5-3) 红宝石中铬离子的能级结构 荧光谱线有两条：R1线和R2线，在室温下对应中心波长为0.6943?m和0.6929?m。 由于R1线的辐射强度比R2大，在振荡过程中总占优势，所以通常红宝石激光器产生的激光谱线均为R1线(0.6943?m)。 亚稳能级 铬离子与激光产生有关的能级结构属于三能级系统 其激发态E3为4F1和4F2能级，激光上、下能级E2和E1分别为2E和4A2。 红宝石激光器的优点和主要缺点: 优点:机械强度高，容易生长大尺寸晶体，容易获得大能量的单模输出，输出的红颜色激光不但可见，而且适于常用硅探测器探测。 缺点:阈值高和温度效应非常严重。随着温度的升高，激光波长将向长波长方向移动，荧光谱线变宽，荧光量子效率下降，导致阈值升高，严重时会引起“温度猝灭”。因此，在室温情况下，红宝石激光器不适于连续和高重复率工作，但在低温下，可以连续运转。