全固態(tài)激光器

1、 主講人：陳美玲 組長：蒙云清 小組成員： 陳美玲 蔣莉莉 李子涵 李明浩 于俊杰 2014級光電信息科學與工程 2016-12-19 全固態(tài)激光器主要內容 1 固態(tài)激光器簡介 2.1 全固態(tài)激光器介紹 2.2 全固態(tài)激光器的結構原理 2.3 高平均功率全固態(tài)激光器的應用 3 總結 4 致謝 01固態(tài)激光器1、工作物質是激光器的核心，是激光器產(chǎn)生光的受激輻射放大作用的源泉之所在。工作物質的形狀目前常用的主要有四種：圓柱形（目前使用最多）、平板形、圓盤形及管狀。2、泵浦源為在工作物質中實現(xiàn)粒子數(shù)反轉分布提供所需能源。工作物質類型不同，采用的泵浦方式不同。目前主要采用光泵浦。3、光學諧振腔為激光振

2、蕩的建立提供正反饋維持激光持續(xù)振蕩以形成受激發(fā)射，還對振蕩光束的方向和頻率進行限制，以保證輸出激光的高單色性和高定向性，同時，諧振腔的參數(shù)影響輸出激光束的質量。激光器的基本結構 激光的發(fā)明是二十世紀最偉大的成就之一。固體激光器在激光家族中具有最長的歷史。1960年，T.H.梅曼發(fā)明的紅寶石激光器就是固體激光器，也是世界上第一臺激光器。固體激光器一般由激光工作物質、激勵源、聚光腔、諧振腔反射鏡和電源等部分構成。以光為激勵源，常用的脈沖激勵源有充氙閃光燈；連續(xù)激勵源有氪弧燈、碘鎢燈、鉀銣燈等。半導體激光泵浦的全固態(tài)激光器是20世紀80年代末期出現(xiàn)的新型激光器。1 固態(tài)激光器簡介美國休斯公司實驗室從

3、事紅寶石熒光研究的年青人梅曼使用今天看起來非常簡單的方法，在1960年7月演示了世界第一臺紅寶石固態(tài)激光器。 梅曼 （Theodore H.Maiman）我國研制的第一臺激光器叫做“小球照明紅寶石激光器”，1961年8月誕生于中國科學院長春光機所。激光器的設計師是王之江教授。王之江教授因此被中國光學界尊稱為“中國激光之父”?！靶∏蛘彰骷t寶石激光器”在結構上比梅曼那臺激光器又前進了一大步，主要表現(xiàn)在泵浦氙燈采用直管式，而非螺旋形；紅寶石棒與氙燈并排放在球形聚光器的球心附近。這種結構可以獲得更高的泵浦效率。直至今天，閃光燈泵浦的固體激光器還大都采用這種方式。小球照明紅寶石激光器小球照明紅寶石激光器

4、02全固態(tài)激光器 全固態(tài)激光器的總體效率至少要比燈泵浦高10倍,由于單位輸出的熱負荷降低，可獲取更高的功率，系統(tǒng)壽命和可靠性大約是閃光燈泵浦系統(tǒng)的100倍,因此，半導體激光器泵浦技術為固體激光器注入了新的生機和活力，使全固態(tài)激光器同時具有固體激光器和半導體激光器的雙重特點，它的出現(xiàn)和逐漸成熟是固體激光器的一場革命，也是固體激光器的發(fā)展方向。All solid state laser2.1 全固態(tài)激光器介紹 全固態(tài)激光器具有體積小、重量輕、效率高、 光束質量好、可靠性高、壽命長、運轉靈便(連續(xù)/重復 率/長/短脈沖)等一系列優(yōu)點，市場需求十分巨大，已成為激光發(fā)展中最具 前景的方向之一。全固態(tài)激光

5、器All solid state laser請在此輸入您的文本。請在此輸入您的文本。全固態(tài)激光器它可通過變頻獲得寬波段輸出(紅外、可見、紫外甚至深紫外激光)、便于模塊化和電激 勵等應用優(yōu)勢，已經(jīng)廣泛應用于科研、醫(yī)療、工業(yè)加工、 軍事等領域， 成為新一代性能卓越的綠色、節(jié)能光源。深紫外全固態(tài)激光器通過驗收 中國成唯一能實用化國家深紫外全固態(tài)激光器通過驗收 高平均功率全固態(tài)激光器-圓棒激光器 圓棒激光器是目前發(fā)展最成熟、應用最廣泛的固體激光器構造。其中圓棒增益介質主要有Nd:YAG和Yb:YAG，按抽運方式不同可分為端面抽運和側面抽運兩種方式。圓棒激光器是目前發(fā)展最成熟、應用最廣泛的固 體激光器

6、構造。2.2 全固態(tài)激光器的結構原理 楔形透鏡導光錐結構示意圖 端面抽運又稱縱向抽運，是指抽運光從 晶體棒的端面入射，激光沿晶體棒長度方向振蕩的抽 運方式。采用這種抽運方式能使抽運光和振蕩光較好 地模式匹配，有利于獲得高效率近衍射極限激光輸出。因而采用 LD 端面抽運結構的 DPL轉換效率一般 較高，輸出光束質量也較好。目前端面抽運已獲得光 光轉換效率大于76%的單橫模激光輸出。圖示 激光抽運和冷卻示意圖 然而，端面 抽運方式受到諧振腔基模體積的約束，即要實現(xiàn)抽運 光和基?？臻g較好的匹配，需要抽運光入射在激光介 質的端面面積較小，這樣不僅限制了注入抽運光功 率，同時還在激光介質內產(chǎn)生較大的局部

7、溫度梯度和 復雜的熱光效應，影響了光束質量。而且，由于溫度梯 度導致晶體棒內的熱應力必須小于晶體自身碎裂應 力，以及端面鍍制的抽運光和振蕩光的雙色膜的抗激 光損傷閾值一般較低等因素，限制了注入的抽運光功 率，因此很難獲得千瓦級高平均功率輸出，目前獲得 的高平均功率端面抽運DPL輸出功率多在百瓦級。 側面抽運又稱為橫向抽運，是指將LD陣列發(fā)出的抽運光從晶體棒的側面注入到晶體棒中，激光沿晶體棒長度方向振蕩的抽運方式。側面抽運方式結構簡單、性能穩(wěn)定、成本低，采用單個激光模塊就能很容易輸出百瓦級甚至千瓦。然而，在側面抽運結構中，晶體棒中的增益分布很難與諧振腔本征基模很好地匹配，而且由于晶體棒中心的溫度

8、比表面高得多，導致較嚴重的熱透鏡效應和熱退偏，降低了輸出激光的光束質量。而且，抽運光要經(jīng)過隔離冷卻液的管道(一般為石英管)和冷卻液(一般為水)才能到達晶體棒，其中石英管的內外表面和晶體棒表面的對抽運光的反射，冷卻液對抽運光的吸收都會影響抽運效率，因此側面抽運的光光轉換效率普遍比端面抽運要低，一般為 40%左右。不過由于側面抽運很容易將高功率泵光注入到晶體棒中，因此較容易獲得高功率輸出，而且通過改進設計，也能獲得百瓦以上的近衍射極限的基模輸出。側面抽運 要獲得高平均功率、高效率、高光束質量的激光輸出，首要條件是要保證抽運的均勻性 , 同時還要保持高抽運效率。這涉及到抽運結構、強度、工作介質的摻雜

9、濃度以及濃度分布等 ; 其次是設法消除或補償熱致雙折射，但迄今熱畸變，特別是針對某一固定的抽運功率 ; 由于光效正比于腔內增益與損耗之比 , 因此采用高增益、低畸變的工作方式將有利于提高輸 出平均功 率。據(jù)此, Y . H ia r o n 等川 采用 細棒 、強而均勻抽運的結構獲得了良好的效果 。 細棒中的強抽運產(chǎn)生高增益 , 均勻抽運引起徑向拋物線溫度分布 , 結果在寬的抽運 范圍內都近似一個沒有熱畸變的透鏡 。邊緣側面抽運半導體激光抽運源的兩種結構 鑒于全固態(tài)激光器的全面優(yōu)勢，高平均功率全固態(tài)激光器在工業(yè)加工和軍事領域的作用越來越顯著。發(fā)達國家的加工行業(yè)已經(jīng)逐步進入了激光加工時代。比如德國的激光加工裝備居于世界領先地位，尤其是在汽車制造和汽車配件行業(yè)中，激光加工技術被廣泛采用。日本激光加工占到整個加工制造業(yè)的10%以上。application2.3 高平均全固態(tài)激光器的應用 industrial applicationMilitary application目前在激光制導、激光戰(zhàn)術干擾和激光測距方面已經(jīng)廣泛采用全固態(tài)激光器，激光武器作為未來最主要的戰(zhàn)略性武器之一將遍及海陸空，