激光（課堂PPT）

1、1 制作人：耿雙2激光產(chǎn)生原理激光產(chǎn)生原理 普通常見光源的發(fā)光（如電燈、火焰、太普通常見光源的發(fā)光（如電燈、火焰、太陽等地發(fā)光）是由于物質(zhì)在受到外來能量陽等地發(fā)光）是由于物質(zhì)在受到外來能量（如光能、電能、熱能等）作用時，原子（如光能、電能、熱能等）作用時，原子中的電子就會吸收外來能量而從低能級躍中的電子就會吸收外來能量而從低能級躍遷到高能級，即原子被激發(fā)。激發(fā)的過程遷到高能級，即原子被激發(fā)。激發(fā)的過程是一個是一個“受激吸收受激吸收”過程過程3激光器的結(jié)構(gòu) 1、激光工作介質(zhì) 2、激勵源 3、諧振腔4激光工作介質(zhì)激光工作介質(zhì) 激光的產(chǎn)生必須選擇合適的工作介質(zhì)，可激光的產(chǎn)生必須選擇合適的工作介質(zhì)，可

2、以是氣體、液體、固體或半導體。在這種以是氣體、液體、固體或半導體。在這種介質(zhì)中可以實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，以制造獲得介質(zhì)中可以實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，以制造獲得激光的必要條件。顯然亞穩(wěn)態(tài)能級的存在，激光的必要條件。顯然亞穩(wěn)態(tài)能級的存在，對實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)世非常有利的。現(xiàn)有工對實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)世非常有利的。現(xiàn)有工作介質(zhì)近千種，可產(chǎn)生的激光波長包括從作介質(zhì)近千種，可產(chǎn)生的激光波長包括從真空紫外道遠紅外，非常廣泛。真空紫外道遠紅外，非常廣泛。5激勵源激勵源 為了使工作介質(zhì)中出現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，必為了使工作介質(zhì)中出現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，必須用一定的方法去激勵原子體系，使處于須用一定的方法去激勵原子體系，使處于上能級的粒子數(shù)增加。一般

3、可以用氣體放上能級的粒子數(shù)增加。一般可以用氣體放電的辦法來利用具有動能的電子去激發(fā)介電的辦法來利用具有動能的電子去激發(fā)介質(zhì)原子，稱為電激勵；也可用脈沖光源來質(zhì)原子，稱為電激勵；也可用脈沖光源來照射工作介質(zhì)，稱為光激勵；還有熱激勵、照射工作介質(zhì)，稱為光激勵；還有熱激勵、化學激勵等。各種激勵方式被形象化地稱化學激勵等。各種激勵方式被形象化地稱為泵浦或抽運。為了不斷得到激光輸出，為泵浦或抽運。為了不斷得到激光輸出，必須不斷地必須不斷地“泵浦泵浦”以維持處于上能級的以維持處于上能級的粒子數(shù)比下能級多。粒子數(shù)比下能級多。6諧振腔諧振腔 光學諧振腔，實際是在激光器兩端，面對光學諧振腔，實際是在激光器兩端，

4、面對面裝上兩塊反射率很高的鏡。一塊幾乎全面裝上兩塊反射率很高的鏡。一塊幾乎全反射，一塊光大部分反射、少量透射出去，反射，一塊光大部分反射、少量透射出去，以使激光可透過這塊鏡子而射出。被反射以使激光可透過這塊鏡子而射出。被反射回到工作介質(zhì)的光，繼續(xù)誘發(fā)新的受激輻回到工作介質(zhì)的光，繼續(xù)誘發(fā)新的受激輻射，光被放大射，光被放大7激光器的種類激光器的種類 對激光器有不同的分類方法，一般按工作對激光器有不同的分類方法，一般按工作介質(zhì)的不同來分類，在可以分為固體激光介質(zhì)的不同來分類，在可以分為固體激光器、氣體激光器、液體激光器和半導體激器、氣體激光器、液體激光器和半導體激光器。另外，根據(jù)激光輸出方式的不同又

5、光器。另外，根據(jù)激光輸出方式的不同又可分為連續(xù)激光器和脈沖激光器，其中脈可分為連續(xù)激光器和脈沖激光器，其中脈沖激光的峰值功率可以非常大，還可以按沖激光的峰值功率可以非常大，還可以按發(fā)光的頻率和發(fā)光功率大小分類。發(fā)光的頻率和發(fā)光功率大小分類。8固體激光器固體激光器 一般講，固體激光器具有器件小、堅固、一般講，固體激光器具有器件小、堅固、使用方便、輸出功率大的特點。這種激光使用方便、輸出功率大的特點。這種激光器的工作介質(zhì)是在作為基質(zhì)材料的晶體或器的工作介質(zhì)是在作為基質(zhì)材料的晶體或玻璃中均勻摻入少量激活離子，除了前面玻璃中均勻摻入少量激活離子，除了前面介紹用紅寶石和玻璃外，常用的還有釔鋁介紹用紅寶石

6、和玻璃外，常用的還有釔鋁石榴石（石榴石（YAGYAG）晶體中摻入三價釹離子的激）晶體中摻入三價釹離子的激光器，它發(fā)射光器，它發(fā)射1060nm1060nm的近紅外激光。固體的近紅外激光。固體激光器一般連續(xù)功率可達激光器一般連續(xù)功率可達100W100W以上，脈沖以上，脈沖峰值功率可達峰值功率可達109W109W。9氣體激光器氣體激光器 氣體激光器具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低；氣體激光器具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低；操作方便；工作介質(zhì)均勻，光束質(zhì)量好；操作方便；工作介質(zhì)均勻，光束質(zhì)量好；以及能長時間較穩(wěn)定地連續(xù)工作的有點。以及能長時間較穩(wěn)定地連續(xù)工作的有點。工作物質(zhì)主要以氣體狀態(tài)進行發(fā)射的激光工作物質(zhì)主要以氣體狀態(tài)

7、進行發(fā)射的激光器在常溫常壓下是氣體，有的物質(zhì)在通常器在常溫常壓下是氣體，有的物質(zhì)在通常條件下是液體（如非金屬粒子的有水、條件下是液體（如非金屬粒子的有水、汞），及固體（如金屬離子結(jié)構(gòu)的銅，鎘汞），及固體（如金屬離子結(jié)構(gòu)的銅，鎘等粒子），經(jīng)過加熱使其變?yōu)檎魵?，利用等粒子），?jīng)過加熱使其變?yōu)檎魵?，利用這類蒸氣作為工作物質(zhì)的激光器，統(tǒng)歸氣這類蒸氣作為工作物質(zhì)的激光器，統(tǒng)歸氣體激光器之中。體激光器之中。10半導體激光器半導體激光器 半導體激光器是以半導體材料作為工作半導體激光器是以半導體材料作為工作介質(zhì)的。這種激光器體積小、質(zhì)量輕、壽介質(zhì)的。這種激光器體積小、質(zhì)量輕、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單而堅固命長、結(jié)構(gòu)簡

8、單而堅固。激勵方式有電注。激勵方式有電注入、電子束激勵和光泵浦三種形式。半導入、電子束激勵和光泵浦三種形式。半導體激光器件，可分為同質(zhì)結(jié)、單異質(zhì)結(jié)、體激光器件，可分為同質(zhì)結(jié)、單異質(zhì)結(jié)、雙異質(zhì)結(jié)等幾種。同質(zhì)結(jié)激光器和單異質(zhì)雙異質(zhì)結(jié)等幾種。同質(zhì)結(jié)激光器和單異質(zhì)結(jié)激光器室溫時多為脈沖器件，而雙異質(zhì)結(jié)激光器室溫時多為脈沖器件，而雙異質(zhì)結(jié)激光器室溫時可實現(xiàn)連續(xù)工作。這種激結(jié)激光器室溫時可實現(xiàn)連續(xù)工作。這種激光器的特點是體積小，能耗低，功率低光器的特點是體積小，能耗低，功率低（因此對人眼相對安全一些），能在常溫（因此對人眼相對安全一些），能在常溫下運行。下運行。11液體激光器液體激光器 常用的是染料激光器，采用有機染料最常用的是染料激光器，采用有機染料最為工作介質(zhì)。大多數(shù)情況是把有機染料溶為工作介質(zhì)。大多數(shù)情況是把有機染料溶于溶劑中（乙醇、丙酮、水等）中使用，于溶劑中（乙醇、丙酮、水等）中使用，也有以蒸氣狀態(tài)工作的。利用不同染料可也有以蒸氣狀態(tài)工作的。利用不同染料可獲得不同波長激光（在可見光范圍）。染獲得不同波長激光（在可見光范圍）。染料激光器一般使用激光作泵浦