常見(jiàn)激光器分類及發(fā)展概況

1、常見(jiàn)激光器分類及進(jìn)展概況可外傳】【不常見(jiàn)激光器分類及進(jìn)展概況內(nèi)容來(lái)源網(wǎng)絡(luò)， 由“深圳機(jī)械展（11 萬(wàn)，1100 多家展商，超 10 萬(wàn)觀眾）”收集整理！更多 cnc 加工中心、 車銑磨鉆床、 線切割、數(shù)控刀具工具、工業(yè)機(jī)器人、非標(biāo)自動(dòng)化、數(shù)字化無(wú) 人工廠、精密測(cè)量、數(shù)控系統(tǒng)、 3d 打印、激光切割、鈑金沖壓折彎、精密零件加工等展現(xiàn)，就 在深圳機(jī)械展 .目前常見(jiàn)的激光器按工作介質(zhì)分氣體激光器、 固體激光器、 半導(dǎo)體激光器、 光纖激光器和染料激光器 5 大類，近來(lái)仍進(jìn)展了自由電子激光器； 大功率激光器通常都脈沖方式輸出已獲得較大的峰值功率；單脈沖激光指的是幾分鐘才輸出一個(gè)脈沖的激光，重頻激光指的是

2、每分鐘輸出幾次到每秒輸出數(shù)百次甚至更高的激光；一、氣體激光器1.he-ne激光器： 典型的惰性氣體原子激光器， 輸出連續(xù)光，譜線有632.8nm（最常用） ， 1015nm，3390nm，近來(lái)又向短波延長(zhǎng)； 這種激光器輸出地功率最大能達(dá)到 1w ，但光束質(zhì)量很好，主要用于精密測(cè)量，檢測(cè)，準(zhǔn)直，導(dǎo)向， 水中照明，信息處理，醫(yī)療及光學(xué)討論等方面；2.ar 離子激光器：典型的惰性氣體離子激光器，是利用氣體放電試管內(nèi)氬原子電離并激發(fā)， 在離子激發(fā)態(tài)能級(jí)間實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)而產(chǎn)生激光； 它發(fā)射的激光譜線在可見(jiàn)光和紫外區(qū)域，在可見(jiàn)光區(qū)它是輸出連續(xù)功率最高的器件， 商品化的最高也達(dá) 30-50w；它的能量轉(zhuǎn)換率

3、最高可達(dá) 0.6% ， 頻率穩(wěn)固度在 3e-11 ，壽命超過(guò) 1000h ，光譜在藍(lán)綠波段（ 488/514.5），功率大，主要用于 拉曼光譜、泵浦染料激光、全息、非線性光學(xué)等 討論領(lǐng)域以及醫(yī)療診斷、 打印分色、計(jì)量測(cè)定材料加工及信息處理等方面；3. co2激光器：波長(zhǎng)為912um（典型波長(zhǎng)10.6um）的 co2 激光器因其效率高，光束質(zhì)量好，功率范疇大（幾瓦之幾萬(wàn)瓦） ，既能連續(xù)又能脈沖等多優(yōu)點(diǎn)成為氣體激光器中最重要的， 用途最廣泛的一種激光器；主要用于材料加工， 科學(xué)討論，檢測(cè)國(guó)防等方面；常用形式有：封離型縱向電鼓勵(lì)二氧化碳激光器、 tea 二氧化碳激光器、軸快流高功率二氧化碳激光器、

4、橫流高功率二氧化碳激光器；4. n2分子激光器：氣體激光器，輸出紫外光， 峰值功率可達(dá)數(shù)十兆瓦，脈寬小于10ns ，重復(fù)頻率為數(shù)十至數(shù)千赫， 作可調(diào)諧燃料激光器的泵浦源，也可用于熒光分析，檢測(cè)污染等方面；5. 準(zhǔn)分子激光器： 以準(zhǔn)分子為工作物質(zhì)的一類氣體激光器件；常用電子束（能量大于200千電子伏特）或橫向快速脈沖放電來(lái)實(shí)現(xiàn)鼓勵(lì)；當(dāng)受 激態(tài)準(zhǔn)分子的不穩(wěn)固分子鍵斷裂而離解成基態(tài)原子時(shí)，受激態(tài)的能量以激光輻射的形式放出； 準(zhǔn)分子激光物質(zhì)具有低能態(tài)的排斥性，可以把它有效地抽空， 故無(wú)低態(tài)吸取與能量虧損， 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)很簡(jiǎn)潔，增益大，轉(zhuǎn)換效率高，重復(fù)率高， 輻射波長(zhǎng)短， 主要在紫外和真空紫外（少數(shù)延長(zhǎng)至

5、可見(jiàn)光）區(qū)域振蕩，調(diào)諧范疇較寬；它在分別同位素，紫外光化學(xué)，激光光譜學(xué)，快速攝影，高辨論率全息術(shù)，激光武器，物質(zhì)結(jié)構(gòu)討論，光通信，遙感，集成光學(xué)，非線性光學(xué)， 農(nóng)業(yè)， 醫(yī)學(xué)， 生物學(xué)以及泵浦可調(diào)諧染料激光器等方面已獲得比較廣泛的應(yīng)用， 而且可望進(jìn)展成為用于核聚變的激光器件；二、固體激光器1. yag激 光器： 可分為： nd-yag晶體、ce-nd-yag晶體、 yb-yag晶體、 ho-yag 晶體、 er-yag 晶體；nd-yag激光器：固體激光器，1064nm， nd-yag目前綜合性能最為優(yōu)異的激光晶體， 連續(xù)激光器的最大輸出功率 1000w ，廣泛用于軍事、工業(yè)和醫(yī)療等行業(yè)；如采納

6、連續(xù)的方式運(yùn)轉(zhuǎn)，采納一級(jí)振蕩可以獲得400w的多模輸出，如要輸出在百瓦級(jí)的激光器， 采納單燈單棒， 200w以上的采納雙燈單棒結(jié)構(gòu)；nd-yag激光器不僅適合連續(xù)，而且在高重頻下運(yùn)轉(zhuǎn)性能也很優(yōu)越； 重頻可達(dá) 100200次/s ， 最高平均功率可 400w ；采納多級(jí)串聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)高功 率 輸 出 ， 目 前 平 均 功 率 最 高 可 達(dá) 到 上600800瓦，重頻可達(dá) 80200次/s ，單脈沖能量可達(dá) 80j ；ce-nd-yag激光器： 在 nd-ag晶體的基礎(chǔ)上添加 ce 離子形成 ce-nd-yag；利用 ce 離子能對(duì)紫外光譜區(qū)光子能量產(chǎn)生很好的吸取， 并且將能量以無(wú)輻射躍遷的方式傳

7、遞給nd 離子，從而增加了光譜的利用率，因此效率高、閾值低、 重復(fù)頻率特性好；yb-yag激光器： yb3 摻入 yag 基質(zhì)中形成的一種產(chǎn)生 1.03um 近紅外激光的激光晶體， 其與 nd-yag 屬于同一種基質(zhì)，但由于摻雜不同而導(dǎo)致生長(zhǎng)工藝有所不同；摻 yb-yag由于量子效率高，晶體光譜簡(jiǎn)潔， 無(wú)激發(fā)態(tài)吸取和上轉(zhuǎn)換， 且無(wú)熒光濃度猝滅， 摻雜濃度高，有較長(zhǎng)的熒光壽命，吸取帶帶寬比nd-yag寬得多，能與二極管的泵浦波長(zhǎng)有效 耦合；在相同的輸入功率下， yb-yag泵浦生熱僅為 nd-yag的 1/4 ；而且 yag 基質(zhì)的物化特性綜合性能最為優(yōu)良， 所以 yb-yag已成為最引人注目的

8、固體激光介質(zhì)之一， ld 泵浦的高功率 yb-yag固體激光器成為新的討論熱點(diǎn)， 并將其視為進(jìn)展高效、高功率固體激光器的一個(gè)主要方向；ho-yag激 光 器 ： 可 產(chǎn) 生 對(duì) 人 眼 安 全 的2097nm和 2091nm激光，主要適用于光通信， 雷達(dá)和醫(yī)學(xué)應(yīng)用；ho-yag激光器對(duì)冷卻和干燥度有嚴(yán)格的要求，水冷掌握在 10 攝氏度以下；干燥裝置要確保沒(méi)有水蒸氣的影響； 處于對(duì)人眼安全波段的范疇內(nèi)， 由于水吸取大，穿透深度特別淺，大大降低了對(duì)人體特殊是對(duì)眼睛的意外傷 害的可能性；er-yag 激光器：輸出 2.9um的波長(zhǎng)，能被水吸取， 主要應(yīng)用在醫(yī)學(xué)中； 該晶體主要吸取可見(jiàn)光和紫外光， 所

9、以光腔反射鏡的材料多使用又高反射的鋁和銀； 目前 er-yag 激光器的最大輸出功率可達(dá) 3 瓦，最大脈沖輸出可達(dá)到 5j ；是迄今輸出功率最大的效率最高的長(zhǎng)波長(zhǎng)固體激光器；人體對(duì) 2940nm的吸取是 10640nm的十倍，所以激光外科和血管外科有很大的應(yīng)用潛力；2. 紅寶石激光器： 紅寶石只能在低溫條件下實(shí)現(xiàn)連續(xù)輸出， 而且閾值很高， 所以至今仍沒(méi)有造出在室溫下工作的輸出連續(xù)的紅寶石激光器； 適合做單次或低重頻的脈沖激光器； 單脈沖能量可達(dá)120j ，重頻 510 ，單脈沖能量可達(dá) 1j 左右；3. 銣玻璃激光器：銣玻璃也在室溫下難以運(yùn)轉(zhuǎn)；適合做單次或低重頻的脈沖激光器； 重頻限制在5 次

10、/s ，單次脈沖能量可達(dá) 1080j ；三、半導(dǎo)體二極管激光器半導(dǎo)體二極管激光器是以肯定的半導(dǎo)體材料做工作物質(zhì)而產(chǎn)生受激發(fā)射作用的器件；其工作原理是， 通過(guò)肯定的鼓勵(lì)方式，在半導(dǎo)體物質(zhì)的能帶（導(dǎo)帶與價(jià)帶）之間，或者半導(dǎo)體物質(zhì)的能帶 與雜質(zhì)（受主或施主）能級(jí)之間，實(shí)現(xiàn)非平穩(wěn)載 流子的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)， 當(dāng)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的大量電子與空穴復(fù)合時(shí)， 便產(chǎn)生受激發(fā)射作用； 發(fā)光波長(zhǎng)隨禁帶寬度而轉(zhuǎn)變；半導(dǎo)體激光器的鼓勵(lì)方式主要有三種：即電注入式，光泵式和高能電子束鼓勵(lì)式；電注入式半導(dǎo)體激光器一般是由gaas （砷化鎵），inas （砷化銦）， insb （銻化銦）等材料制成的半導(dǎo)風(fēng)光結(jié)型二極管， 沿正向偏壓

11、注入電流進(jìn)行鼓勵(lì)，在結(jié)平面區(qū)域產(chǎn)生受激發(fā)射；光泵式半導(dǎo)體激光器，一般用 n 型或 p 型半導(dǎo)體單晶（如 gaas ，inas ，insb 等）做工作物質(zhì)，以其他激光器發(fā)出的激光作光泵鼓勵(lì)；高能電子束鼓勵(lì)式半導(dǎo)體激光器， 一般也是用 n 型或者 p 型半導(dǎo)體單晶（如 pbs ， cds ，zho 等）做工作物質(zhì)， 通過(guò)由外部注入高能電子束進(jìn)行鼓勵(lì)；目前最最常用的是具有雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電注入式gaas 二極管激光器， 常見(jiàn)為 635 紅光；氮化銦鎵 （ingan ） 二極管激光器，常見(jiàn)為 532 綠光和 405藍(lán)光；二極管激光器發(fā)射的激光可以用 高斯光束來(lái)進(jìn)行描述， 其特點(diǎn)是一個(gè)長(zhǎng)條形的發(fā)射體， 且在

12、水平和垂直方向的發(fā)射角不同；通常在水平只有幾度，而垂直可達(dá) 40 度；在大多光耦合技術(shù)中， 水平角忽視不計(jì)，將垂直的角作為而激光激光器的發(fā)散角；主要應(yīng)用于電子信息； 光纖通信、光傳感、光盤、激光打印、條形掃碼、集成光學(xué)領(lǐng)域； 400780nm應(yīng)用用于條形掃描、檢測(cè)、光存 儲(chǔ)、激光打印等；7901020nm 的應(yīng)用于條形掃碼、激光打印、光儲(chǔ)備等領(lǐng)域； 近年來(lái)大功率半導(dǎo)體激光器已經(jīng)有長(zhǎng)足的進(jìn)步，連續(xù)輸出功率可達(dá) 120w ；1300 與 1550 分別在硅光纖零色散和最低損耗窗口，相應(yīng)的半導(dǎo)體主要用于長(zhǎng)距離大容量干線光通信；介于 1300與 1550 之間的 1480 近年來(lái)輸出功率可達(dá) 5010

13、0mw；四、染料激光器其突出的優(yōu)點(diǎn)是輸出波長(zhǎng)可調(diào)諧， 它不僅可以獲得從 0.31.3um光譜內(nèi)的可調(diào)諧的窄帶高功率激光，而且仍可以通過(guò)混頻技術(shù)獲得從紫外到中紅外的可調(diào)諧相干光， 因此目前主要用于光譜學(xué)討論；五、光纖激光器光纖激光器應(yīng)用范疇特別廣泛， 包括激光光纖通訊、激光空間遠(yuǎn)距通訊、工業(yè)造船、汽車制造、 激光雕刻激光打標(biāo)激光切割、印刷制輥、 金屬非金屬鉆孔 / 切割/ 焊接、軍事國(guó)防安全、醫(yī)療器械儀器設(shè)備、大型基礎(chǔ)建設(shè)等等；玻璃光纖制造成本低、 技術(shù)成熟及其光纖的可饒性所帶來(lái)的小型化、 集約化優(yōu)勢(shì)；玻璃光纖對(duì)入射泵浦光不需要像晶體那樣的嚴(yán)格的相位匹配， 這是由于玻璃基質(zhì) stark分裂引起的

14、非勻稱展寬造成吸取帶較寬的緣故；玻璃材料具有極低的體積面積比，散熱快、損耗低，所以上轉(zhuǎn)換效率較高，激光閾值低；輸出激光波長(zhǎng)多：這是由于稀土離子能級(jí)特別豐富及其稀土離子種類 之多； 可調(diào)諧性：由于稀土離子能級(jí)寬和玻璃光纖的熒光譜較寬；由于光纖激光器的諧振腔內(nèi)無(wú)光學(xué)鏡片， 具有免調(diào)劑、免保護(hù)、高穩(wěn)固性的優(yōu)點(diǎn)，這是傳統(tǒng)激光器無(wú)法比擬的； 光纖導(dǎo)出，使得激光器能輕易勝任各種三維任意空間加工應(yīng)用， 使機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得特別簡(jiǎn)潔；勝任惡劣的工作環(huán)境，對(duì)灰塵、震蕩、沖擊、濕度、溫度具有很高的容忍 度； 不需熱電制冷和水冷，只需簡(jiǎn)潔的風(fēng)冷；高的電光效率：綜合電光效率高達(dá)20% 以上， 大幅度節(jié)省工作時(shí)的耗電，

15、 節(jié)省運(yùn)行成本；高功率，目前商用化的光纖激光器可達(dá)六千瓦；六、自由電子激光器輸出的激光波長(zhǎng)與電子的能量有關(guān)： 故轉(zhuǎn)變電子束的加速電壓就可以轉(zhuǎn)變激光波長(zhǎng)， 這叫做電壓調(diào)諧， 其調(diào)諧范疇很寬， 原就上可以在任意波長(zhǎng)上運(yùn)轉(zhuǎn)；在現(xiàn)有的電子槍和加速器的試驗(yàn)條件下， 可以獲得從毫米波到光頻波段范疇內(nèi)的連續(xù)調(diào)諧的相 干輻射；自由電子激光器的輸出功率與電子束的能量、電流密度以及磁感應(yīng)強(qiáng)度有關(guān)， 它可望成為一種高平均功率、 高效率（理論極限達(dá) 40 ）、高辨論率的具有穩(wěn)固功率和頻率輸出的激光器件，采納它能夠防止某些工藝上的麻煩 （如激光工作物質(zhì)稀缺、有毒或腐蝕金屬、玻璃） ，另外， 它基本上不存在使用壽命問(wèn)題；

16、自由電子激光器在短波長(zhǎng)、 大功率、高效率和波長(zhǎng)可調(diào)劑這四大主攻方向上， 為激光學(xué)科的討論開創(chuàng)了一條新途徑，它可望用于對(duì)凝結(jié)態(tài)物理 學(xué)、材料特點(diǎn)、激光武器、激光反導(dǎo)彈、雷達(dá)、激光聚變、等離子體診斷、表面特性、非線性以及瞬態(tài)現(xiàn)象的討論，在通訊、激光推動(dòng)器、光譜學(xué)、激光分子化學(xué)、光化學(xué)、同位素分別、遙感等領(lǐng)域，它應(yīng)用的前景也很可觀；美國(guó)機(jī)載激光武器系統(tǒng)機(jī)載激光武器系統(tǒng)所使用的就是高 能化學(xué)碘氧自由電子激光器（ coil ）；七、二極管泵浦固體激光器二極管激光器和二極管泵浦的固體激光器現(xiàn)已 成為固體激光器進(jìn)展的主流，合并轉(zhuǎn)換效率高， 穩(wěn)固性好， 牢靠性高， 是至今唯獨(dú)不需保護(hù)的激光系統(tǒng)，輸出質(zhì)量高， 體積小，結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)；二極管泵浦固體激光器的關(guān)鍵技術(shù)：光耦合技術(shù)，泵浦技術(shù)，冷卻技術(shù)與電源技術(shù)；這種激光器輸出功率可以大范疇變化， 即從幾十瓦到幾千瓦，市場(chǎng)上商用最大的可達(dá) 6000w.八、