第四章一固體激光器的基本特性

第四章一固體激光器的基本特性第1頁，共16頁，2023年，2月20日，星期三固體激光器1960-5-17，TedMaiman發(fā)明第一臺激光器2第2頁，共16頁，2023年，2月20日，星期三固體激光器第一臺紅寶石激光器的拆卸圖3第3頁，共16頁，2023年，2月20日，星期三固體激光器特點運行方式多樣：調(diào)Q，鎖模，高平均功率，高重復(fù)率，高單脈沖能量及高峰值功率。譜線多，達數(shù)千條，分布于可見到近紅外區(qū)，通過頻率變換技術(shù)可到紫外區(qū)系統(tǒng)簡單，制造容易，傳輸靈活，可接光纖結(jié)構(gòu)緊湊，牢固耐用，價格適宜4第4頁，共16頁，2023年，2月20日，星期三1.固體激光器基本特性1.固體激光器基本特性1.1固體激光器的基本結(jié)構(gòu)和能量轉(zhuǎn)換1.2固體激光器的閾值1.3輸出能量（功率）、效率和最佳透過率1.4輸出穩(wěn)定性、光譜特性、偏振特性和方向性5第5頁，共16頁，2023年，2月20日，星期三固體激光器基本結(jié)構(gòu)激光工作物質(zhì)泵浦源聚光腔諧振腔冷卻與濾光6第6頁，共16頁，2023年，2月20日，星期三固體激光器的能量轉(zhuǎn)換7第7頁，共16頁，2023年，2月20日，星期三A21B12B21E2S32E1W03E3E0b)四能級A21B12B21E2S32E1W13E3a)三能級A31A30量子效率優(yōu)質(zhì)紅寶石:0.7普通紅寶石:0.5釹玻璃:0.4YAG:~18第8頁，共16頁，2023年，2月20日，星期三固體激光器的損耗透射損耗(T)工作物質(zhì)的吸收，散射（αi）其它元件的反射、吸收、散射及衍射損耗（αa）損耗系數(shù)α=αi+αa

9第9頁，共16頁，2023年，2月20日，星期三三種工作物質(zhì)的閾值比較工作物質(zhì)尺寸：Φ6mm×100mm，損耗系數(shù)α＝0.01，輸出鏡透射率T＝0.5，ηL＝0.5，ηc＝0.8，ηab＝0.2參數(shù)紅寶石Nd3＋：YAGNd3+:Glassσ21（cm2）νp（S－1）ntot(cm-3)η0Δnth(cm-3)n2th(cm-3)Eth(J)2.5×10－206.25×10141.58×10190.71.79×10188.8×101818450×10－204×10141.38×102018.9×10168.9×10160.833×10－204×10142.85×10200.51.49×10181.49×10182810第10頁，共16頁，2023年，2月20日，星期三影響閾值的因素工作物質(zhì)的種類三能級閾值高于四能級閾值損耗系數(shù)α對三能級系統(tǒng)影響小對四能級系統(tǒng)影響顯著。質(zhì)量好的工作介質(zhì)和精心調(diào)節(jié)諧振腔可減小αηLηcηab提高發(fā)光效率提高聚光器效率提高光譜匹配效率輸出鏡反射率R增大R可減小閾值11第11頁，共16頁，2023年，2月20日，星期三透過率選擇輸出能量(功率)高，透過率高。為防止腔內(nèi)元件損壞，易采用高透過率。依據(jù)經(jīng)驗用實驗方法確定透過率連續(xù)YAG：5～10％脈沖YAG：60～80％脈沖釹玻璃：50~60%脈沖紅寶石：40～60％12第12頁，共16頁，2023年，2月20日，星期三1.4輸出穩(wěn)定性、光譜特性、偏振特性和方向性輸出穩(wěn)定性長期穩(wěn)定性工作物質(zhì)劣化泵源老化聚光器污染諧振腔失調(diào)短期穩(wěn)定性電源不穩(wěn)燈觸發(fā)強度變化閾值附近工作外部光學(xué)元件反饋激光棒熱效應(yīng)高頻起伏馳豫振蕩13第13頁，共16頁，2023年，2月20日，星期三激光束方向性衍射極限倍數(shù)因子M214第14頁，共16頁，2023年，2月20日，星期三影響激光方向性因素高增益帶來的高階離軸模振蕩固體工作物質(zhì)雜質(zhì)，應(yīng)力，激活離子分布不均等缺陷引起的散射和折射光泵浦不均勻?qū)е路崔D(zhuǎn)粒子數(shù)不均勻，引起折射率不均勻熱透鏡的會聚作用使發(fā)散角增大諧振腔的調(diào)整精度15第15頁，共16頁，2023年，2月20日，星期三激光的偏振特性偏振