典型激光器精品課件

1、典型激光器第1頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一3.1 概述3.2 氣體激光器3.3 固體激光器3.4 染料激光器 第2頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一3.1 概述1960年美國科學(xué)家梅曼博士研制世界上第一臺(tái)激光器紅寶石激光器第3頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一3.1.1 激光器的基本結(jié)構(gòu)工作物質(zhì)、泵譜源和諧振腔第4頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一3.1.2 激光器的分類及其主要輸出特性一、按照激光工作物質(zhì)劃分1.氣體激光器2.固體激光器3.液體激光器4.半導(dǎo)體激光器5.化學(xué)激光器6.

2、自由電子激光器7.X射線激光器8.光纖激光器第5頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一1.氣體激光器工作物質(zhì):氣體和金屬蒸氣根據(jù)氣體工作物質(zhì)不同:氣體原子激光器氣體分子激光器氣體離子激光器第6頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一原子氣體激光器a.工作物質(zhì)：惰性氣體原子 eg:氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)金屬原子蒸氣 eg:鎘(Cd)、銅(Cu)、錳(Mn)、錫(Sn)第7頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一b.輸出波長：惰性氣體原子紅外、遠(yuǎn)紅外，少數(shù)在可見光金屬原子蒸氣可見光c.典型： He-N

3、e激光器第8頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一分子氣體激光器a.工作物質(zhì)：雙原子分子、三原子分子 eg: CO、N2、H2O、CO2b.輸出波長：雙原子激光器：紫外、可見光三原子激光器：中紅外、遠(yuǎn)紅外c.代表：氮分子激光器、二氧化碳激光器第9頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一離子氣體激光器a.工作物質(zhì) 惰性氣體的離子、金屬蒸氣離子 eg: Ar 、Kr 、Cd 、Hgb.輸出波長：可見光c.常用： 氬離子激光器、氪離子激光器第10頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一激勵(lì)方式1.一般氣體放電激勵(lì)(1) 直流連續(xù)放電(2)

4、高頻放電(3)脈沖放電2.電子束激勵(lì)3.熱激勵(lì)4.化學(xué)反應(yīng)激勵(lì)第11頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一特點(diǎn)工作波長分布區(qū)域?qū)捿敵龉馐|(zhì)量高轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉第12頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一應(yīng)用1.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)2.國防3.科研4.醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域第13頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一2.固體激光器工作物質(zhì)基質(zhì)材料基質(zhì)玻璃基質(zhì)晶體：金屬氧化物晶體、氟化物晶體摻雜離子（激活離子）三價(jià)稀土金屬離子：釹、鐠、銪、鉺等過渡族金屬離子：鉻、鈦、鎳等二價(jià)稀土金屬離子：釤、鉺、銩等錒系金屬離子第14頁，共158頁，2022

5、年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一典型代表:1.紅寶石激光器2.摻釹釔石榴石激光器3.釹玻璃激光器4.摻鈦藍(lán)寶石激光器第15頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一激勵(lì)方式多采用光泵譜閃光燈半導(dǎo)體激光二級(jí)管等第16頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一特點(diǎn)波長覆蓋范圍:可見光近紅外波段輸出能量大運(yùn)轉(zhuǎn)方式多樣器件結(jié)構(gòu)緊湊、牢固耐用、易于光纖耦合第17頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一應(yīng)用1.工業(yè)2.國防3.科研4.醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域第18頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一3.液體激光器分類有機(jī)化合物液體(染料

6、)無機(jī)化合物液體典型代表 染料激光器泵譜方式光泵譜:激光泵譜和閃光燈泵譜第19頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一特點(diǎn)波長覆蓋范圍紫外到近紅外波段波長連續(xù)可調(diào)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉不足:穩(wěn)定性差應(yīng)用:科研和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域1966年第一臺(tái)染料激光器-由紅寶石激光器泵譜的氯鋁鈦花青染料激光器問世第20頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一4.半導(dǎo)體激光器用半導(dǎo)體材料作為激光工作物質(zhì)常用的半導(dǎo)體材料族化合物半導(dǎo)體 eg:GaAs（砷化鎵）族化合物半導(dǎo)體 eg:CdS族化合物 eg:PbSnTe根據(jù)PN結(jié)結(jié)構(gòu)和材料的不同,有不同激光器同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)第21頁，共15

7、8頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一泵譜方式：注入電流波長范圍：近紅外波段920nm-1.65um1962年，第一臺(tái)半導(dǎo)體激光器sGa激光器問世第22頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一特點(diǎn)超小型、重量輕效率高發(fā)射的激光波長范圍寬使用壽命長輸出功率高第23頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一應(yīng)用光纖通信的光源光盤、激光高速印刷術(shù)全息照相、文字記錄、數(shù)碼顯示辦公自動(dòng)化激光準(zhǔn)直、激光防盜激光醫(yī)學(xué)、激光生物學(xué)光信息處理、光存儲(chǔ)、光學(xué)計(jì)算機(jī)第24頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一5.化學(xué)激光器1964年第一臺(tái)光解離

8、碘原子化學(xué)激光器問世工作物質(zhì)：氣體或液體（如、等）激勵(lì)方式：化學(xué)能激勵(lì)波長范圍：紫外到紅外波段，直至微米波段特點(diǎn)：功率高能量輸出高無需外界提供泵譜源應(yīng)用范圍廣第25頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一6.自由電子激光器工作物質(zhì)：相對(duì)論電子束定義：通過電子加速器加速的高能電子泵譜源：空間周期磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)顯著特點(diǎn)：非常高的能量轉(zhuǎn)換效率輸出激光波長連續(xù)可調(diào)協(xié)應(yīng)用：未來的生物、醫(yī)療、核能等領(lǐng)域第26頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一7.X射線激光器輸出激光波長位于射線波段（1-10nm)工作物質(zhì)：高度電離的等離子體采用光泵譜第27頁，共158頁，202

9、2年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一8.光纖激光器1963年,第一臺(tái)光纖激光器-Nd203優(yōu)點(diǎn)：總增益高閾值低能量轉(zhuǎn)換效率高寬的波長調(diào)諧范圍器件結(jié)構(gòu)緊湊第28頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一工作物質(zhì)：摻入激活離子的光纖普通光纖（非線性效應(yīng)）泵譜源：半導(dǎo)體激光二極管諧振腔：分類：晶體激光器稀土類摻雜光纖激光器塑料光纖激光器非線性效應(yīng)光纖激光器主要應(yīng)用遠(yuǎn)距離光纖通信第29頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一二、按激光器工作方式劃分連續(xù)激光器脈沖激光器三、按激光技術(shù)的應(yīng)用調(diào)Q激光器鎖模激光器穩(wěn)頻激光器可調(diào)協(xié)激光器等四、按諧振腔的腔形非穩(wěn)腔激光器平

10、面腔激光器球面腔激光器第30頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一3.2 氣體激光器3.2.1 氣體放電激勵(lì)基礎(chǔ)在高電壓作用下，氣體分子（或原子）發(fā)生電離而導(dǎo)電弱電離氣體放電（電離度不超過0.1%）分類(按放電管電極上所加電壓不同）直流連續(xù)放電高頻放電脈沖放電第31頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一1.直流連續(xù)放電第32頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一I區(qū)為非自持放電區(qū)，電流很小，10-2010-12A，特點(diǎn)是外界電壓取消后，放電立即停止，起始帶電粒子完全是由外界電離源提供的II區(qū)自持暗放電區(qū)，此時(shí)放電電流為 10-1

11、110-5A之間，管壓降接近電源提供的 電壓III區(qū)過渡區(qū)（欠輝區(qū)），管壓降突然下降，電流急劇增加，其中D點(diǎn)稱為著火電壓（起輝電壓、擊穿電壓）第33頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一IV區(qū)正常輝光放電區(qū)，電流在10-410-1之間，E點(diǎn)電壓稱為維持電壓，管內(nèi)出現(xiàn)明暗相間的輝光，管壓降維持不變；V異常輝光放電區(qū)，如加大電流并使電壓突破G點(diǎn)，則電流突然猛增，管壓降突然降低，進(jìn)入VII弧光放電區(qū)；VI過度區(qū)VII弧光放電區(qū)，是一種自持放電狀態(tài)，管內(nèi)出現(xiàn)明暗的弧光放電電流在10-1A以上。G點(diǎn)稱為弧光放電的著火電壓.第34頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，

12、星期一輝光放電高電壓,小電流穩(wěn)定的自持放電He-Ne激光器和CO2激光器弧光放電低電壓,大電流的自持放電Ar +激光器分類:熱陰極弧光放電冷陰極弧光放電人工陰極弧光放電第35頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一2.高頻放電即射頻氣體放電射頻:指頻率在幾兆到幾百兆范圍內(nèi)的電磁波當(dāng)兩電極間施加高頻交變電場(chǎng)后,由于帶電粒子在兩電極之間上午渡越時(shí)間遠(yuǎn)大于電場(chǎng)的變化周期,使得電子不能再做長距離的運(yùn)動(dòng),而只能在某個(gè)固定位置附近振蕩,并在振蕩過程中與氣體粒子碰撞,產(chǎn)生電離與激發(fā),以維持放電.20世紀(jì)70年代,成功用于大功率輸出CO2激光器第36頁，共158頁，2022年，5月20日，

13、18點(diǎn)42分，星期一3.脈沖放電放電管兩電極間施加脈沖電壓時(shí),即產(chǎn)生脈沖放電按放電電流密度的大小脈沖輝光放電脈沖弧光放電按所加電壓的交變狀態(tài)直流脈沖放電交流脈沖放電按脈沖持續(xù)時(shí)間短脈沖放電長脈沖放電準(zhǔn)分子激光器采用脈沖放電方式大功率高氣壓氣體激光器多采用短脈沖放電方式第37頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一二、氣體放電中的粒子碰撞與激發(fā)、電離過程在氣體放電中，帶電粒子與中性氣體粒子之間的碰撞決定著放電進(jìn)行的情況第一種過程：電離第二種過程：激光上下能級(jí)粒子的激發(fā)與消激發(fā)粒子碰撞的分類：彈性碰撞和非彈性碰撞非彈性碰撞的分類：第一類第二類第38頁，共158頁，2022年，5

14、月20日，18點(diǎn)42分，星期一.第一類非彈性碰撞一個(gè)粒子的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)粒子內(nèi)能的碰撞快速電子與氣體粒子發(fā)生碰撞激發(fā)和電離當(dāng)電子的能量大于或等于氣體粒子的激發(fā)態(tài)能量時(shí)當(dāng)電子能量等于或大于氣體粒子的電離能時(shí)，電子和氣體粒子的碰撞，還可以使粒子從一個(gè)激發(fā)態(tài)躍遷到一個(gè)更高的激發(fā)態(tài)，或使激發(fā)態(tài)粒子發(fā)生電離(逐級(jí)激發(fā)和逐級(jí)電離)第39頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一.第二類非彈性碰撞一個(gè)粒子的內(nèi)能轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)粒子內(nèi)能或動(dòng)能的碰撞共振轉(zhuǎn)移:激發(fā)態(tài)的粒子A*與基態(tài)粒子B碰撞,B激發(fā)到高能態(tài), A*返回基態(tài)電荷轉(zhuǎn)移:離子與中性氣體粒子碰撞引起的激發(fā)與電離過程. 電離激發(fā)第40頁，

15、共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一潘寧電離: 處于激發(fā)態(tài)的氣體粒子A*與處于基態(tài)的粒子B碰撞, A*失去能量返回基態(tài),而B被電離,或電離后又被激發(fā) 只要A*的激發(fā)能大于基態(tài)粒子B的電離能,潘寧電離便可進(jìn)行,電離過程中產(chǎn)生的多余能量可轉(zhuǎn)化為電子的動(dòng)能第41頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一3.2.2 He-Ne激光器最早研制成功的氣體激光器可見光到近紅外.產(chǎn)生多條譜線（.nm、.um、.9um）缺點(diǎn)：輸出功率較小，能量轉(zhuǎn)換功率較低優(yōu)點(diǎn)：光束單色性好（），頻率穩(wěn)定度高，方向性好（小于mrad)，相干長度達(dá)幾十公里，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，可靠穩(wěn)定應(yīng)用準(zhǔn)直、定位

16、、全息照相、測(cè)量、精密測(cè)量、光盤錄放、信息處理、醫(yī)療和照排印刷等第42頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一第43頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一一、 He-Ne激光器的基本結(jié)構(gòu)激光管和電源組成激光管包括放電管、電極和諧振腔第44頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一因增益低，諧振腔一般采用平凹腔平面鏡輸出鏡，透過率凹面鏡作全反鏡結(jié)構(gòu)形式:按諧振腔與放電管的放置方式內(nèi)腔式外腔式半內(nèi)腔式第45頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一內(nèi)腔式諧振腔的兩個(gè)反射鏡調(diào)整好后直接固定在放電管的兩端優(yōu)點(diǎn)：使用中不必進(jìn)行

17、任何調(diào)整，非常方便，且腔內(nèi)損耗小，有利于提高輸出功率缺點(diǎn)：器件工作過程中當(dāng)毛細(xì)管受熱變形時(shí)，諧振腔反射鏡將偏離原來已校準(zhǔn)的狀態(tài)，引起輸出特性劣化第46頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一(a) 外腔式(b)半內(nèi)腔式第47頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一外腔式諧振腔反射鏡與放電管分離，放電管兩端封有布儒斯特窗.優(yōu)點(diǎn):放電管的熱變形對(duì)諧振腔的影響很小,加之腔鏡可調(diào)整,可以保證激光器在長期使用中輸出穩(wěn)定.布氏窗使激光器可獲得線偏振光輸出,偏振度一般大于99%.腔內(nèi)可方便地插入其他的光學(xué)元件,獲得調(diào)頻、調(diào)幅輸出.缺點(diǎn):腔鏡與放電管的相對(duì)位置容易改變,

18、使用中需經(jīng)常調(diào)整.半腔式優(yōu)缺點(diǎn)介于內(nèi)、外腔式之間.第48頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一二、He-Ne激光器的工作原理1.能級(jí)結(jié)構(gòu)工作物質(zhì)Ne是激活物質(zhì)He是輔助物質(zhì)（提高Ne原子的泵譜速率）He與 Ne之比71 101四能級(jí)系統(tǒng)第49頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一圖3.6第50頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一2.Ne 原子激光上能級(jí)的激發(fā)過程（）共振能量轉(zhuǎn)移(轉(zhuǎn)移幾率高達(dá)95%以上)第51頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一(2)電子直接碰撞激發(fā)共振能量轉(zhuǎn)移激發(fā)約為電子直接碰撞激發(fā)的

19、60-80倍(3)串接躍遷Ne原子與電子碰撞被激發(fā)到更高的能態(tài),然后再躍遷到2S和3S能態(tài).但在三個(gè)過程中貢獻(xiàn)最小第52頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一3. Ne原子激光下能級(jí)的馳豫過程放電管做得比較細(xì)（毛細(xì)管），可使原子與管壁碰撞頻繁。借助這種碰撞，1S態(tài)的Ne原子可以將能量交給管壁發(fā)生“無輻射躍遷”而回到基態(tài)，以及時(shí)減少1S態(tài)的Ne原子數(shù)，有利于激光下能級(jí)3P與2P態(tài)的抽空毛細(xì)管管徑與小信號(hào)增益系數(shù)之間經(jīng)驗(yàn)公式管徑要細(xì)，但太細(xì)會(huì)限制輸出功率第53頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一增益與最佳放電條件之間的關(guān)系放電條件放電電流充氣總氣壓e、

20、e氣壓比由于以632.8譜線躍遷為例,通過建立與求解速率方程加以說明設(shè)e原子激光上能級(jí)、激光下能級(jí)及基態(tài)能級(jí)的粒子數(shù)密度為n3、n2、n1,He原子亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)及基態(tài)能級(jí)的粒子數(shù)密度分別為n4和n0;放電激勵(lì)時(shí)，電子密度為ne則n3的速率方程為He向e共振轉(zhuǎn)移的激發(fā)速率轉(zhuǎn)移速率常數(shù)馳豫時(shí)間向其他能級(jí)的馳豫速率e 向He共振轉(zhuǎn)移的激發(fā)速率第54頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一穩(wěn)態(tài)后同理的速率方程為穩(wěn)態(tài)后最后得電子碰撞激發(fā)速率激發(fā)速率常數(shù)電子碰撞消激發(fā)速率消激發(fā)速率常數(shù)因共振能量轉(zhuǎn)移或逃逸出激發(fā)區(qū)而衰減的速率衰減幾率第55頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42

21、分，星期一的速率方程穩(wěn)態(tài)后因自發(fā)輻射幾率很大（）增益與放電電流的關(guān)系在總氣壓和分壓比一定的條件下即靠電子碰撞激發(fā)自發(fā)輻射幾率自發(fā)輻射衰減速率電子碰撞激發(fā)速率電子碰撞消激發(fā)速率第56頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一i較小時(shí)，i較大時(shí)，與i關(guān)系不大而呈飽和狀態(tài)i繼續(xù)增大時(shí)，飽和放電電流存在一個(gè)最佳值，此值對(duì)應(yīng)最大的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度第57頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一（）增益與充氣總氣壓的關(guān)系在氣壓比一定的條件下存在最佳充氣總氣壓第58頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一（）增益與氣壓比的關(guān)系在總氣壓一定的條件下，e的分

22、壓上升， 分壓過高，由于e原子電離電位低，易電離而導(dǎo)致電子能量下降，最佳充氣條件：最佳充氣總氣壓最佳He、Ne氣壓比第59頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一器件工作于最佳充氣條件時(shí)，放電毛細(xì)管內(nèi)徑d與最佳充氣總氣壓的乘積為一常數(shù)，其取值范圍為（Pa.mm)第60頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一三、 He-Ne激光器的譜線競(jìng)爭(zhēng)氦氖激光器的三條最強(qiáng)的激光譜線（632.8，1.15，3.39）632.8和3.39 兩條譜線具有相同的上能級(jí)，從而存在強(qiáng)烈的競(jìng)爭(zhēng)。由于增益系數(shù)與波長的三次方成正比，顯然3.39的增益系數(shù)遠(yuǎn)大于632.8。為了獲得較強(qiáng)的

23、632.8激光輸出，可采用下述方法抑制3.39輻射的產(chǎn)生棱鏡色散法第61頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一腔內(nèi)放置甲烷吸收盒第62頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一外加非均勻磁場(chǎng)法利用塞曼效應(yīng)(磁場(chǎng)將引起譜線的分裂)，增益系數(shù)反比于線寬放電管長度小于1m ,采用棱鏡色散法和腔內(nèi)放置甲烷吸收盒放電管長度大于1m ,采用綜合方法第63頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一3.2.3 CO2激光器混合氣體激光器工作物質(zhì)：CO2輔助氣體： 提高激光器的輸出功率和效率工作方式：連續(xù)、脈沖、穩(wěn)頻和調(diào)諧等輸出特性的兩個(gè)顯著特點(diǎn)（1）輸

24、出功率或能量相當(dāng)大，能量轉(zhuǎn)換效率高（2）輸出波長分布在918um波段年問世第64頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一分類封離型流動(dòng)型（縱向和橫向）大氣壓型氣動(dòng)型波導(dǎo)型等第65頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一激勵(lì)方式縱向氣體放電激勵(lì)（低功率器件）橫向氣體放電激勵(lì)（大功率器件）射頻激勵(lì)化學(xué)激勵(lì)氣動(dòng)激勵(lì)電子束激勵(lì)等第66頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一一、 CO2分子的能級(jí)結(jié)構(gòu)及振轉(zhuǎn)躍遷. CO2分子的能級(jí)結(jié)構(gòu)CO2分子是一種線性對(duì)稱排列的三原子分子分子的內(nèi)能電子繞核運(yùn)動(dòng)的能量原子的振動(dòng)能量分子的轉(zhuǎn)動(dòng)能量三種基本振動(dòng)形式

25、(1)對(duì)稱振動(dòng)(2)形變振動(dòng)(3)反對(duì)稱振動(dòng)在一級(jí)近似下,三種振動(dòng)方式獨(dú)立.用4個(gè)對(duì)應(yīng)的量子數(shù)標(biāo)記其振動(dòng)能級(jí)第67頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一CO2分子與激光躍遷有關(guān)的部分振動(dòng)能級(jí)兩條強(qiáng)度最強(qiáng)最具價(jià)值的譜線10.6um 9.6um 四能級(jí)系統(tǒng)第68頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一2. CO2分子振轉(zhuǎn)躍遷 轉(zhuǎn)動(dòng)子能級(jí)用量子數(shù)J表示振轉(zhuǎn)躍遷的選擇定則 振動(dòng)能級(jí) 轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)子能級(jí)間的躍遷J=+1 稱為R支,記為R(J)J=-1 稱為P支,記為P(J)J=0 稱為Q支,記為Q(J)譜線的具體情況見書116頁第69頁，共158頁，2022年，

26、5月20日，18點(diǎn)42分，星期一譜線競(jìng)爭(zhēng)理論上振轉(zhuǎn)躍遷中可形成上百條譜線實(shí)際上卻只有1-3條譜線能同時(shí)形成激光振蕩源于轉(zhuǎn)動(dòng)子能級(jí)間的競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)第70頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一二、封離型CO2激光器1.工作原理（1）激光上能級(jí)(0001)粒子的激發(fā)過程 主要的三種激發(fā)過程電子直接碰撞激發(fā)串級(jí)躍遷激發(fā)第71頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一共振轉(zhuǎn)移激發(fā)消激發(fā) 除受激輻射外由其他原因引起的激光上能級(jí)粒子的減少 消激發(fā)的速率與氣體成分和氣體溫度有關(guān)第72頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一（2）激光下能級(jí)粒子的馳豫過程第

27、一步從1000和0200能級(jí)向0110能級(jí)的馳豫第73頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一第二步從0110能級(jí)向基態(tài)的馳豫第74頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一2 器件結(jié)構(gòu)第75頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一封離型：工作氣體被封離在放電管內(nèi)輸出功率低于分類內(nèi)腔式半內(nèi)腔式全外腔式放電管采用多層套管結(jié)構(gòu)三重套激光管二重套旁軸激光管第76頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一3.輸出功率及主要影響因素（1）輸出功率公式激光器增益比較高，輸出鏡的透過率一般選的比較大歸一化光強(qiáng)兩鏡面上的光強(qiáng)第77頁，

28、共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一腔內(nèi)存在一穩(wěn)定的歸一化光強(qiáng)工作物質(zhì)的飽和增益系數(shù)為根據(jù)g s 的定義比較上兩式得第78頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一將上兩式分別乘-與+,求和得即所以有即上式積分可得第79頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一同理,沿Z-方向的增益為上兩式相加得第80頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一輸出功率可表示為對(duì)于小功率封離型CO2激光器,有輸出功率取決于:輸出鏡的透過率T諧振腔的單程光學(xué)損耗單程增益g 0l 放電管利用率0.4d 2(cm )第81頁，共158頁，202

29、2年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一（2）氣體成分與氣壓對(duì)輸出功率的影響輸出功率顯著提高含組分：含組分：輸出功率顯著降低：各種氣體成分的主要作用：氮：提高CO2分子0001能級(jí)的激發(fā)速率，同時(shí)加快0110能級(jí)的弛豫速率一氧化碳：提高CO2分子0001能級(jí)的激發(fā)速率，同時(shí)加快0110能級(jí)的弛豫速率第82頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一氦：提高輸出功率 含量: CO2的45倍 原因:質(zhì)量輕、導(dǎo)熱率高、可有效降低工作氣體溫度氙：提高輸出功率和能量轉(zhuǎn)換效率提高輸出功率30%40%能量轉(zhuǎn)換效率提高10%15%原因：電離電位低、增大放電氣體的電離度、使E/N值降低水蒸氣和氫：

30、提高輸出功率和使用壽命 原因：對(duì)激光下能級(jí)1000以及0110能級(jí)的馳豫速率大， H2O分子振動(dòng)能級(jí)壽命短，可以很快返回基態(tài) 對(duì)CO和O的復(fù)合起催化作用，延長壽命第83頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一在混合比一定的條件下，存在最佳充氣總氣壓Pop t對(duì)直流放電激發(fā)對(duì)交流放電激發(fā)第84頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一（3）放電電流對(duì)輸出功率的影響最佳放電電流放電管管徑充氣總氣壓氣體混合比隨著放電管管徑增大，最佳放電電流增大放電管管徑小于10mm，最佳放電電流為2030mA管徑為2030mm，最佳放電電流3050mA管徑為5090mm，最佳放

31、電電流120250mA放電管兩端的直流管壓降V受到E/P值和穩(wěn)定放電兩方面的限制E/P 值低,放電管內(nèi)電子轉(zhuǎn)換效率高,器件能量轉(zhuǎn)換效率高.E/P過低,對(duì)維持穩(wěn)定放電不利一般取值范圍0.0750.15第85頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一（4）放電管長度與內(nèi)徑對(duì)輸出功率的影響輸出功率正比于放電管長度放電管長度小于10米,平均單位放電長度輸出功率為4050W(多模),2030(單模)長度在1050m,100W/m長度大于m，m放電管內(nèi)徑的大小對(duì)輸出功率影響不大工作氣體的溫度諧振腔的參數(shù)腔內(nèi)損耗的大小第86頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一三、流

32、動(dòng)型CO2激光器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)工作氣體處于流動(dòng)狀態(tài)優(yōu)點(diǎn)對(duì)流冷卻 輸出功率隨放電電流密度線性增長不足:裝置比較復(fù)雜,抽氣設(shè)備較為龐大,氣體消耗量大運(yùn)轉(zhuǎn)方式:連續(xù)和脈沖兩種分類軸向流動(dòng) 工作氣體的流動(dòng)方向、放電電流方向與激光輸出方向位于同一軸線上 橫向流動(dòng)： 工作氣體的流動(dòng)方向和放電電流方向垂直激光輸出方向第87頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一軸快流CO2激光器的工作原理和器件結(jié)構(gòu)構(gòu)成：放電管、諧振腔和快速流動(dòng)氣體循環(huán)系統(tǒng)等冷卻效果： CO2分子在放電區(qū)域內(nèi)的停留時(shí)間放電管越長要求氣體流動(dòng)的速度越快特色之一：增強(qiáng)脈沖輸出（在連續(xù)波輸出的基礎(chǔ)上再加上能量很高的尖脈沖輸出)第88頁

33、，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一四、橫向激勵(lì)高氣壓CO2激光器(TEA)橫向放電激勵(lì)方式：放電方向垂直于激光輸出方向器件工作氣壓1-2大氣壓脈沖方式運(yùn)轉(zhuǎn)輸出能量和峰值功率都很高（峰值功率可達(dá)1010W，脈寬為納秒量級(jí)，能量轉(zhuǎn)換效率10%20%，工作頻率1.5KHz )兩大特色:高氣壓橫向放電激勵(lì)存在問題:不容易獲得大面積均勻輝光放電第89頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一1.多組電極放電第90頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一2.快速放電技術(shù)如果放電脈沖很窄,使放電時(shí)間小于電弧形成時(shí)間,則可在兩極間獲得均勻輝光放電要

34、獲得很陡的窄脈沖,放電回路要選用快速開關(guān),例火花隙開關(guān)同時(shí)應(yīng)盡量減小放電回路中的電感第91頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一3.預(yù)電離技術(shù)實(shí)質(zhì):在電極放電前,先使氣體產(chǎn)生弱電離,然后再 進(jìn)行主放電預(yù)電離的方法: 雙放電 紫外線 電子束 射頻放電等第92頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一多弧放電紫外預(yù)電離激光器第93頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一五、波導(dǎo)CO2激光器諧振腔的構(gòu)成波導(dǎo)系統(tǒng)和光學(xué)反饋系統(tǒng)分類 內(nèi)腔式、外腔式、環(huán)行腔、復(fù)合腔和分布反饋腔等1972年研制成功第94頁，共158頁，2022年，5月20日，18

35、點(diǎn)42分，星期一要求波導(dǎo)管材料具有良好的導(dǎo)熱性(波導(dǎo)管內(nèi)徑1-4mm ,散熱面積小)硬質(zhì)玻璃(GG17)、氧化鈹陶瓷、金屬鋁等單位長度輸出功率約為50W/m輸出功率通常在以下波導(dǎo)管內(nèi)徑小，工作氣壓一般比較高13KPa 以上，譜線加寬為壓力均勻加寬。當(dāng)氣壓為40KPa時(shí),譜線加寬達(dá)1500MHz是普通激光器的幾十倍第95頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一3.3固體激光器歷史最久.長春光機(jī)所“小球照明紅寶石激光器”王之江教授“中國激光之父”主要內(nèi)容 固體工作物質(zhì) 光泵浦系統(tǒng) 工作物質(zhì)的熱效應(yīng) 固體可調(diào)激光器-摻鈦藍(lán)寶石激光器第96頁，共158頁，2022年，5月20日，1

36、8點(diǎn)42分，星期一3.3.1 固體工作物質(zhì)固體基質(zhì)材料 物理性能晶體氧化物晶體氟化物晶體玻璃(硅酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃等）摻雜離子光譜特性種類（1）三價(jià)稀土金屬離子（2）二價(jià)稀土金屬離子（3）過渡金屬離子（4）錒系金屬離子第97頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一1.紅寶石晶體（1）晶體的物理性質(zhì)基質(zhì)：Al2O3激活離子:(鉻)Cr3+摻雜重量比0.03%007%（一般為0.05%）（2）晶體的激光性質(zhì)能級(jí)結(jié)構(gòu)吸收光譜熒光光譜第98頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一能級(jí)結(jié)構(gòu)三能級(jí)系統(tǒng)脈沖方式運(yùn)轉(zhuǎn)（器件的閾值高）692.9nm 和694

37、.3nm 兩條譜線壽命3ms 壽命納秒量級(jí)第99頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一吸收光譜各向異性晶體吸收特性與光的偏陣態(tài)有關(guān)兩個(gè)吸收帶藍(lán)帶中心波長410nm 附近帶寬360450nm 綠帶中心波長550nm 帶寬510600nm 第100頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一熒光光譜兩條強(qiáng)熒光譜線R1 線 (中心波長694.3nm )R2 線(中心波長692.9nm )通常只產(chǎn)生694.3nm的激光(1)躍遷到激光上能級(jí)E和2A上的粒子數(shù)服從玻爾茲曼分布,E能級(jí)上約占53%,2A能級(jí)上占47%(2) R1 線 的熒光強(qiáng)度高于R2 線,使R1 線

38、 的受激輻射幾率高于R2 線第101頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一(3)溫度對(duì)紅寶石晶體的影響(1)溫度升高導(dǎo)致紅寶石激光中心波長向長波方向移動(dòng)(2)溫度升高導(dǎo)致熒光線寬加寬,量子效率下降第102頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一(4)紅寶石晶體的主要特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性高,能承受很高的激光功率密度,易生成較大尺寸亞穩(wěn)態(tài)壽命長,儲(chǔ)能大,可獲得大能量輸出熒光譜線較寬,易獲得大能量單模輸出低溫性能優(yōu)良輸出可見光缺點(diǎn)三能級(jí)系統(tǒng),閾值高晶體性能隨溫度變化明顯,室溫變化明顯,室溫下不適于做連續(xù)和高重頻器件第103頁，共158頁，2022年，

39、5月20日，18點(diǎn)42分，星期一2.摻釹釔鋁石榴石晶體(1)晶體的物理性質(zhì) 在釔鋁石榴石（）摻入少量的Nd2O3,由d3+部分取代而成 d3+激活離子摻入Nd2O3 的重量百分比一般為0.275%(2)晶體的激光性質(zhì)能級(jí)結(jié)構(gòu)吸收光譜熒光光譜第104頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一能級(jí)結(jié)構(gòu)第105頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一吸收光譜5條主要吸收帶 0.53um 、0.58um 、0.75um 、0.81um 、0.87um 吸收帶帶寬約為300第106頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一熒光光譜三條1.064um

40、 0.94um 1.35um三條譜線熒光強(qiáng)度分支比約為0.6:0.25:0.14第107頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一(3)d3+:YAG的主要特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)四能級(jí)系統(tǒng),閾值低具有非常優(yōu)良的熱學(xué)性能,適于做連續(xù)和高重頻器件是室溫條件下連續(xù)工作的唯一適用的固體工作物質(zhì)，也可用于倍頻和鎖模器件。缺點(diǎn)價(jià)格昂貴尺寸小(摻釹釔石榴石存在光學(xué)不均勻性，制作合格的大型晶體難度大)第108頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一3.釹玻璃(1)釹玻璃的物理性質(zhì)光學(xué)玻璃中摻入適量的Nd2O3基質(zhì)：光學(xué)玻璃激活離子：d3+玻璃在光學(xué)上屬于各向同性材料，能均勻地?fù)饺胼^高濃

41、度的激活粒子，最佳摻雜Nd2O3重量比為，對(duì)應(yīng)于的摻雜量，激活離子的濃度為m3第109頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一(2)釹玻璃的激光性質(zhì)與Nd:YAG相比，釹玻璃光譜的特點(diǎn)吸收光譜帶變寬，有利于激活吸收三條光譜線（0.92、1.062、1.37）熒光壽命長，但量子效率和受激發(fā)射截面低輸出波長范圍1.0541.062第110頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一(3)釹玻璃的主要特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)熒光壽命長,易于反轉(zhuǎn)粒子數(shù)的積累,工作物質(zhì)儲(chǔ)能大,且容易制成大尺寸,適于大功率,大能量的器件不足釹玻璃的熱導(dǎo)率遠(yuǎn)較晶體材料差，難以用它做成連續(xù)或高重復(fù)率器件由

42、于熒光線寬很寬，nm左右，激光為多縱模輸出第111頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一光泵譜主要的泵譜光源惰性氣體放電燈（脈沖氙燈、連續(xù)氪燈等） 輻射強(qiáng)度高、能脈沖和連續(xù)工作、工藝簡(jiǎn)單、使用方便半導(dǎo)體激光二極管 具有最高的泵譜效率金屬蒸汽燈（汞燈、鈉燈等）鹵化物燈（碘鎢燈、溴鎢燈等）惰性氣體放電燈和聚光腔共同構(gòu)成固體激光器的燈泵譜系統(tǒng)光泵譜系統(tǒng)第112頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一一、燈泵譜系統(tǒng)1.惰性氣體放電燈（1）結(jié)構(gòu)及性能參數(shù)工作氣體 氪或氙 電極 采用高熔點(diǎn)、高電子發(fā)射率、低濺射的金屬材料（鎢、釷鎢等） 燈管 采用耐高溫、透光性好、

43、機(jī)械強(qiáng)度高的石英玻璃工作方式：連續(xù)和脈沖工作于弧光放電狀態(tài)常用規(guī)格和性能參數(shù)見書上表格第113頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一結(jié)構(gòu)方式第114頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一（2）惰性氣體放電燈的光譜特性連續(xù)光譜燈內(nèi)濃度很高的電子和正離子復(fù)合發(fā)光線狀光譜放電時(shí)被激發(fā)的原子和離子自發(fā)地返回基態(tài)時(shí)輻射發(fā)光第115頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一放電電流密度較小時(shí),線狀光譜所占比例上升,對(duì)脈沖氙燈.其特征譜線的峰值波長位于0.84um 、0.9um 、1um 附近。對(duì)連續(xù)氪燈，峰值波長位于0.76um 、0.82um

44、 、0.9um 附近，與YAG的吸收譜帶相匹配。放電電流密度較大時(shí)，連續(xù)譜成分增加當(dāng)放電電流增大到一定值時(shí)，線狀光譜被連續(xù)光譜掩蓋，且隨著放電電流密度的增大，連續(xù)譜中心波長向短波方向移動(dòng)在高放電電流密度下，脈沖氙燈的輻射光譜有利于紅寶石晶體的吸收（吸收峰400550nm )，對(duì)連續(xù)和小能量輸出（10J）的脈沖YAG，采用氪燈泵譜效率比較高。對(duì)大型釹玻璃和脈沖YAG器件，易采用輻射能量較大，效率較高的脈沖氪燈泵譜第116頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一第117頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一(3)惰性氣體放電燈的有效輻射效率L燈在工作物質(zhì)吸

45、收帶內(nèi)的輻射光能與電容儲(chǔ)能(1/2CV2)之比.影響有效輻射效率的主要因素充氣種類對(duì)脈沖燈，當(dāng)充氣壓一定時(shí)，氙的轉(zhuǎn)換效率比氪和氬高充氣壓在相同放電條件下,充氣壓增高則L提高燈尺寸(l和 d）及使用情況等燈細(xì)長可提高L放電電流密度的影響工作在最佳放電電流條件下在實(shí)際運(yùn)用中，應(yīng)合理設(shè)計(jì)燈的放電回路以提高燈的 有效輻射效率。第118頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一2.聚光腔作用:將泵譜光有效、均勻地傳輸?shù)焦ぷ魑镔|(zhì)上衡量：聚光效率C（聚光腔的腔型、腔內(nèi)表面的反射性能等因素）根據(jù)工作物質(zhì)的形狀和所用泵譜光源的類型以及二者的相對(duì)位置，泵譜方式主要有：側(cè)面泵譜 工作物質(zhì)形狀為棒狀

46、或矩形片；泵譜光源為直管等或激光二極管陣列。端面泵譜 泵譜光由棒的端面進(jìn)入。第119頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一面泵譜工作物質(zhì)形狀為圓盤,泵譜光通過圓盤表面進(jìn)入工作物質(zhì).優(yōu)點(diǎn):泵譜光均勻性好、工作物質(zhì)片狀結(jié)構(gòu)散熱性好，適于泵譜大功率器件。第120頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一（1）聚光腔的類型橢圓柱聚光腔 兩端為高反射率的端板焦上放置和焦外放置第121頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一單橢圓柱聚光腔單燈泵譜的不足工作物質(zhì)內(nèi)部光照不夠均勻單燈泵譜能量不會(huì)太高，影響器件的輸出能量采取辦法：多燈泵譜單根棒缺點(diǎn)：橢

47、圓被切割，聚光效率比單橢圓柱聚光腔低，加工難度大，體積大。適于大能量輸出的場(chǎng)合橢圓柱聚光腔適合于工作物質(zhì)比較長的器件第122頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一緊包式聚光腔燈和棒靠得很近靠燈光直接照射和聚光腔內(nèi)高能密度來實(shí)現(xiàn)。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易加工、體積小、效率高缺點(diǎn)：棒內(nèi)光照不均勻，不利于散熱適于小功率和低重復(fù)頻率的小型器件第123頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一旋轉(zhuǎn)對(duì)稱聚光腔具有三維空間的聚焦作用，聚光效率比較高。橢球聚光腔 反射面為一橢球，燈和棒沿橢球長軸放置在焦點(diǎn)與頂點(diǎn)之間。圓球聚光腔燈和棒在過球心的任一軸線兩側(cè)對(duì)稱放置。適于短棒、短

48、燈的情況不足：加工比較復(fù)雜、體積大。第124頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一第125頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一（2）聚光腔內(nèi)反射表面的選擇金屬材料（銅、鋁等）鏡面反射內(nèi)表面高度拋光后，再鍍高反射率的反射模層金屬反光模層（金、銀、鋁、銅等）金：化學(xué)性能穩(wěn)定、耐腐蝕、使用壽命長。濾紫外光，防止工作物質(zhì)產(chǎn)生色心效果好、但成本高。銀：對(duì)于大于0.4um 的光有高反射率,真空鍍模反射率達(dá)98%缺點(diǎn):易氧化鋁:0.70.9um 波段反射率有所下降適于金屬和玻璃聚光腔第126頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一第127頁，

49、共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一漫反射(陶瓷和硫酸鋇氧化鎂粉等陶瓷:具有漫反射性能,耐腐蝕優(yōu)點(diǎn):泵譜光均勻性好反射率高90%98%.適于小型聚光腔.（3）聚光腔的設(shè)計(jì)原則根據(jù)器件所要求的輸出能量和功率,選擇聚光腔的類型和泵譜方式以達(dá)到最高的聚光效率和最大的光照均勻性.考慮棒燈聚光腔三者尺寸的合理匹配.如采用圓柱棒和直管燈,棒和燈尺寸一般按1:1選配,聚光腔長度一般應(yīng)大于棒的長度統(tǒng)籌考慮冷卻尺寸重量成本等各方面要求,以及換燈是否方便,最終確定聚光腔結(jié)構(gòu)尺寸.第128頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一二、LD泵浦固體激光器(DPSL)20世紀(jì)80年

50、代中后期LD優(yōu)點(diǎn)電光轉(zhuǎn)換效率高、使用壽命長、體積小和重量輕特點(diǎn):(1)光譜匹配性好燈泵譜的不足熱能紫外光造成工作物質(zhì)的劣化需要冷卻和濾光等措施 (2)固體器件總體效率高（25%）燈泵譜（百分之幾）(3)體積小(閃光燈電源體積的十分之一)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單(減小冷卻系統(tǒng))、裝調(diào)方便和使用壽命長(105小時(shí)或109次)第129頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一第130頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一LD泵譜固體激光器的結(jié)構(gòu)種類 連續(xù)、脈沖、調(diào)Q和倍頻等工作物質(zhì)形狀棒狀、板狀和微片等按泵譜的耦合方式分三種:直接端面泵譜,光纖耦合端面泵譜側(cè)面泵譜第131頁

51、，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一直接端面泵譜第132頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一小功率激光二極管泵譜固體激光器常用的方式三部分組成: LD泵譜源耦合光學(xué)系統(tǒng)固體激光器采用半外腔或半內(nèi)腔結(jié)構(gòu) (在固體工作物質(zhì)的泵譜耦合端面上鍍對(duì)固體激光波長全反而對(duì)泵譜光波長增透的雙色模)特點(diǎn):結(jié)構(gòu)最緊湊、整體效率最高效率高的原因:(1)在泵譜激光模式不太差的情況下,耦合光學(xué)系統(tǒng)高效率地將泵譜光耦合到固體工作物質(zhì)中,耦合損失小(2)泵譜光具有一定的模式,固體激光振蕩模式與泵譜光模式關(guān)系密切,匹配的效果好,泵譜光的利用率高第133頁，共158頁，2022年，

52、5月20日，18點(diǎn)42分，星期一缺點(diǎn)端面的尺寸限制了泵譜光的功率,限制了固體激光器的輸出功率原因:激光二極管列陣的發(fā)射孔徑與其發(fā)射功率成正比,不易將發(fā)射孔徑大的泵譜光有效地耦合到尺寸較小的端面上.第134頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一光纖耦合端面泵譜第135頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一將泵譜光經(jīng)光纖或光纖束耦合到固體工作物質(zhì)中增加一個(gè)耦合光學(xué)系統(tǒng)和耦合光纖(改善光束質(zhì)量)優(yōu)點(diǎn):(1)泵譜光與光纖耦合比與工作物質(zhì)耦合容易經(jīng)過光纖耦合,可以使固體器件輸出模式好的激光光纖可以隔離激光二極管與固體激光器之間的熱傳導(dǎo),減輕熱效應(yīng)的相互影響第1

53、36頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一側(cè)面泵譜大功率激光二極管列陣泵譜板條固體激光器第137頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一雙端面泵譜剪切注入泵譜泵譜固體激光器外泵譜調(diào)Q瑣模倍頻固體激光器光纖放大器LD泵譜固體激光器的應(yīng)用:光纖通信、醫(yī)學(xué)、材料加工及軍事等領(lǐng)域第138頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一3.3.4 摻鈦藍(lán)寶石激光器1982年,第一臺(tái)激光器實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)方式 連續(xù)、脈沖、鎖模、調(diào)Q等突出的特點(diǎn)高增益、低泵譜閾值，易通過放大手段獲得超大功率（能量）輸出具有很寬的波長調(diào)協(xié)范圍，使用頻率變換技術(shù)還可將該范圍至綠、藍(lán)和紫外波段采用鎖模技術(shù)所獲得的輸出激光脈寬小于百飛秒量級(jí)終端聲子激光器（可調(diào)諧特性來源于其光子的受激輻射與晶格中聲子的發(fā)射存在耦合）第139頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一一、摻鈦藍(lán)寶石晶體1.晶體的物理性質(zhì)Al 2O 3中摻入少量的TI 3+重量百分比為0.1%.各向異性,有非常好的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性基質(zhì)材料的熱導(dǎo)率很高,比YAG優(yōu)越三倍第140頁，共158頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)42分，星期一2、