1、典型激光器典型激光器激光器種類激光器種類典型激光器典型激光器典型激光器典型激光器典型激光器典型激光器典型激光器典型激光器固體激光器固體激光器一、光泵激勵一、光泵激勵1. 氣體放電燈激勵氣體放電燈激勵脈沖激光器采用脈沖氙燈，連續激光器采用氪燈或碘鎢燈脈沖激光器采用脈沖氙燈，連續激光器采用氪燈或碘鎢燈氣體放電燈能量轉換環節多，輻射光譜寬，激光效率低。氣體放電燈能量轉換環節多，輻射光譜寬，激光效率低。固體激光器固體激光器一、光泵激勵一、光泵激勵2. 半導體激光二極管激勵半導體激光二極管激勵激光二極管泵浦可采用端面與側面泵浦兩種形式。激光二極管泵浦可采用端面與側面泵浦兩種形式。半導體激光二極管波長與激

2、光工作物質波長相匹配，能量半導體激光二極管波長與激光工作物質波長相匹配，能量利用率高。利用率高。固體激光器固體激光器二、紅寶石激光器二、紅寶石激光器固體激光器固體激光器二、紅寶石激光器二、紅寶石激光器固體激光器固體激光器二、紅寶石激光器二、紅寶石激光器固體激光器固體激光器三、三、nd激光器激光器固體激光器固體激光器三、三、nd激光器激光器工作物質：工作物質：nd3+y3al5o12 (nd:yag) nd3+硅酸鹽或磷酸鹽硅酸鹽或磷酸鹽(nd玻璃激光器玻璃激光器)固體激光器固體激光器三、三、nd激光器激光器固體激光器固體激光器四、鈦寶石激光器四、鈦寶石激光器1.工作物質：少量工作物質：少量ti

3、3+取代取代al2o3晶體中晶體中al3+。2.晶格場作用，晶格場作用，2d分裂分裂為為2t2g（基態）和（基態）和2eg（激發態）（激發態） 。3.振動能級構成準連續振動能級構成準連續能帶。能帶。 4.可調諧，產生可調諧，產生660-1180nm光譜光譜 固體激光器固體激光器四、鈦寶石激光器四、鈦寶石激光器固體激光器固體激光器四、鈦寶石激光器四、鈦寶石激光器電壓表電流表氣體激光器氣體激光器一、一、he-ne激光器激光器可產生多條激光譜線：如632.8nm，1.15um, 3.39um1. 激勵機制激勵機制陰極與陽極放電產生；陰極與陽極放電產生；激光躍遷發生于激光躍遷發生于ne原子能級間；原子

4、能級間；輔助氣體輔助氣體he提高泵浦效率；提高泵浦效率；共振能量轉移共振能量轉移氣體激光器氣體激光器一、一、he-ne激光器激光器2. 譜線競爭譜線競爭3.39um譜線增益系數大（增益譜線增益系數大（增益系數與波長三次方成正比）系數與波長三次方成正比）為獲得較強為獲得較強632.8nm激光：激光：a.借助腔內棱鏡使借助腔內棱鏡使3.39um激光不能激光不能起振；起振；b.腔內插入對腔內插入對3.39um光吸收元件；光吸收元件；c.借助軸向非均勻磁場，使借助軸向非均勻磁場，使3.39um譜線線寬增加，降低增益；譜線線寬增加，降低增益；氣體激光器氣體激光器一、一、he-ne激光器激光器3. 放電參

5、數對輸出功率的影響放電參數對輸出功率的影響對于對于he的亞穩態存在：的亞穩態存在：電子碰撞激發過程；電子碰撞激發過程；與管壁及共振能量轉移消激發過程；與管壁及共振能量轉移消激發過程；電子與電子與he亞穩態碰撞消激發過程亞穩態碰撞消激發過程 333213jnknkjnkdtdnhe3n當放電電流較小時，當放電電流較小時， 正比于正比于 ；隨著電流增大，隨著電流增大， 趨于飽和。趨于飽和。 3njjkkjknnhe3213氣體激光器氣體激光器一、一、he-ne激光器激光器3. 放電參數對輸出功率的影響放電參數對輸出功率的影響激光躍遷下能級粒子數激光躍遷下能級粒子數 正比于正比于 ；反轉集居數達到最

6、大后，隨電流增反轉集居數達到最大后，隨電流增大而減少；大而減少；適宜適宜pd值：降低值：降低p，電子溫度上升，電子溫度上升，有利于激發；同時原子數過少，功有利于激發；同時原子數過少，功率減小。率減小。 he:ne比例適宜：比例適宜：ne比列過小降低比列過小降低功率；過大，電離電位過低，電子功率；過大，電離電位過低，電子溫度低，輸出功率下降。溫度低，輸出功率下降。管壁減小有利于碰撞，釋放管壁減小有利于碰撞，釋放1s能量。能量。1nj氣體激光器氣體激光器二、氬離子激光器二、氬離子激光器放電使放電使ar與電子碰撞電離，形成基與電子碰撞電離，形成基態氬離子，電子組態態氬離子，電子組態3p5；激光躍遷發

7、生在激光躍遷發生在3p44p和和3p44s，壽命分別為壽命分別為10-8s和和10-9s；488nm，514.5nm等等9條激光線，條激光線，插入棱鏡等色散原件得單譜線。插入棱鏡等色散原件得單譜線。激光躍遷上能級主要途徑：激光躍遷上能級主要途徑：1.基態基態ar+與電子碰撞直接躍遷到與電子碰撞直接躍遷到4p；2. 基態基態ar+與電子碰撞至高于與電子碰撞至高于4p其它能級，其它能級，輻射躍遷至輻射躍遷至4p；3.基態基態ar+和電子碰撞躍遷低于和電子碰撞躍遷低于4p能級后能級后再次碰撞躍遷至再次碰撞躍遷至4p。氣體激光器氣體激光器二、氬離子激光器二、氬離子激光器4p能級積聚數增長數率為：能級積

8、聚數增長數率為：222jnnndtdneeipar原子電離能原子電離能15ev，激光躍遷，激光躍遷上能級上能級20ev；降低壓力（降低壓力（150pa）和大電流）和大電流弧光放電激發，提高電流和激發弧光放電激發，提高電流和激發數率；數率；要求管壁材料耐高溫、導熱好、要求管壁材料耐高溫、導熱好、抗濺射等。抗濺射等。氣體激光器氣體激光器三、三、co2激光器激光器工作物質：工作物質：co2、n2和和he激光躍遷發生在激光躍遷發生在co2分子的兩個分子的兩個振動振動-轉動能級之間。轉動能級之間。n2的作用的作用是提高激光上能級的激勵效率，是提高激光上能級的激勵效率，he有助于下能級抽空。有助于下能級抽

9、空。分子總能量包括：分子總能量包括：1、電子繞核運動的能量；、電子繞核運動的能量；2、分子中原子振動能量；、分子中原子振動能量；3、分子轉動能量；、分子轉動能量；4、分子平動能量。、分子平動能量。電子能級、振動能級及轉動能級電子能級、振動能級及轉動能級差差104:102:1。氣體激光器氣體激光器三、三、co2激光器激光器n2一種振動方式；一種振動方式；co2 有三種振動方式：對稱振有三種振動方式：對稱振動、彎曲振動、反對稱振動。動、彎曲振動、反對稱振動。為零或正整數。振動方式量子數，取值表示三種、分別以321投影的量子數。軸上彎曲振動角動量在分子表示，其中振動能級ll321激光。躍遷產生激光，

10、躍遷產生mm6 . 90021006 .100101000000氣體激光器氣體激光器三、三、co2激光器激光器co2通過以下三個過程激發到通過以下三個過程激發到00011.直接電子碰撞直接電子碰撞2.級聯躍遷級聯躍遷3.共振轉移共振轉移氣體激光器氣體激光器三、三、co2激光器激光器激光下能級的抽空過程：激光下能級的抽空過程：阻塞在阻塞在0110能級上的能級上的co2分子分子與與he原子碰撞，縮短了能級原子碰撞，縮短了能級壽命。壽命。高氣壓下碰撞加寬占主導地位：高氣壓下碰撞加寬占主導地位：21223006 . 073. 057tphencol氣體激光器氣體激光器三、三、co2激光器激光器co2

11、激光器種類：激光器種類：1.縱向慢流縱向慢流co2激光器激光器2.封閉型封閉型co2激光器激光器3.縱向快流縱向快流co2激光器激光器4.橫向流動橫向流動co2激光器激光器5.橫向激勵大氣壓橫向激勵大氣壓co2激光器激光器6.氣動氣動co2激光器激光器7.波導波導co2激光器激光器氣體激光器氣體激光器四、四、n2分子分子激光器激光器1.輸出紫外光，波長輸出紫外光，波長337.1nm最強，最強，357.7nm次次之，之，315.9nm最弱。最弱。2.輸出功率可達輸出功率可達107w，脈寬，脈寬小于小于10ns，頻率數十到數千，頻率數十到數千赫。赫。3.作為染料激光器泵浦源。作為染料激光器泵浦源。

12、4.激光躍遷發生在不同電子態激光躍遷發生在不同電子態 和和 的振動能級之間。的振動能級之間。uc 3gb 3氣體激光器氣體激光器四、四、n2分子分子激光器激光器1.激發過程：激發過程：2.上下能級壽命分別為上下能級壽命分別為40ns和和10us。3.上能級壽命比下能級壽命大上能級壽命比下能級壽命大的多，在激勵起始很短時間內的多，在激勵起始很短時間內形成積聚數反轉，超過這段時形成積聚數反轉，超過這段時間自行終止。間自行終止。4.只能以脈沖方式運轉，泵浦只能以脈沖方式運轉，泵浦放電脈沖小于放電脈沖小于40ns。5.以火花脈沖放電方式激勵。以火花脈沖放電方式激勵。ecnexnebnexnuggg32

13、123212氣體激光器氣體激光器五、準五、準分子分子激光器激光器1.準分子是一種在激發態結合準分子是一種在激發態結合為分子，在基態解離為原子的為分子，在基態解離為原子的不穩定締合物。不穩定締合物。2.在某一核間距勢能最小。在某一核間距勢能最小。3.基態勢能隨核間距增加而單基態勢能隨核間距增加而單調下降。調下降。4.準分子躍遷到基態后即解離，準分子躍遷到基態后即解離，下能級總是空的。下能級總是空的。5.準分子含有稀有氣體元素。準分子含有稀有氣體元素。氣體激光器氣體激光器五、準五、準分子分子激光器激光器6.放電方式激勵。放電方式激勵。7.以以krf*為例說明激勵過程：為例說明激勵過程：krf*準分

14、子激光器中加入準分子激光器中加入he、ne、ar，降低電子溫度，產，降低電子溫度，產生更多激發態粒子。生更多激發態粒子。8.單脈沖能量可達百焦耳，峰單脈沖能量可達百焦耳，峰值功率值功率109w，平均功率大于，平均功率大于200w。23*nfkrfnfkrekrekr染料激光器染料激光器1.采用溶于有機溶劑的有機染采用溶于有機溶劑的有機染料作為激光工作物質；料作為激光工作物質；2.染料是包含共軛雙鍵的有機染料是包含共軛雙鍵的有機化合物；化合物；3.染料大分子電子結構：處于染料大分子電子結構：處于基態時，基態時，2n個電子填滿個電子填滿n個最個最低能級，自旋相反，總自旋量低能級，自旋相反，總自旋量

15、子數為子數為0；處于激發狀態時，；處于激發狀態時，若總自旋量子數仍為若總自旋量子數仍為0，形成，形成s1，s2等單重激發態；若自等單重激發態；若自旋反轉，形成旋反轉，形成t1、t2等三重等三重態。單重態和三重態躍遷禁戒。態。單重態和三重態躍遷禁戒。染料激光器染料激光器4.每一個電子態都有一組振動每一個電子態都有一組振動-轉動能級。電子態之間的能量間轉動能級。電子態之間的能量間隔為隔為106m-1量級，振動能級間量級，振動能級間隔為隔為105m-1，轉動能級間隔，轉動能級間隔103m-1，染料分子與溶劑分子，染料分子與溶劑分子碰撞和靜電擾動加寬，使得振動碰撞和靜電擾動加寬，使得振動轉動能級幾乎相

16、連，形成準連續轉動能級幾乎相連，形成準連續能帶。能帶。5.躍遷過程：染料分子吸收泵浦躍遷過程：染料分子吸收泵浦光由光由s0躍遷到躍遷到s1的某一振動能的某一振動能級，碰撞躍遷至級，碰撞躍遷至s1最低振轉能最低振轉能級。在級。在s1最低振轉能級和最低振轉能級和s0較較高振轉能級之間形成集居數反轉。高振轉能級之間形成集居數反轉。具有很寬的調諧范圍。具有很寬的調諧范圍。染料激光器染料激光器6.6.通常采用閃光燈、通常采用閃光燈、n2n2分子激光器、分子激光器、準分子激光器、倍頻準分子激光器、倍頻nd:yagnd:yag激光器激光器作為脈沖染料激光器泵浦源；連續作為脈沖染料激光器泵浦源；連續激光器使用

17、氬或氙離子激光器。激光器使用氬或氙離子激光器。7.7.泵浦光波長必須小于激光輸出波泵浦光波長必須小于激光輸出波長。長。8.8.采用光柵、棱鏡、標準具、雙折采用光柵、棱鏡、標準具、雙折射慮光片等波長選擇元件進行波長射慮光片等波長選擇元件進行波長調諧。調諧。9.9.在紫外（在紫外（330nm330nm）到近紅外）到近紅外（1.85um1.85um）連續可調諧輸出。）連續可調諧輸出。摻雜光纖放大器摻雜光纖放大器摻雜光纖：在石英光纖或氟化物光纖中摻雜光纖：在石英光纖或氟化物光纖中摻入稀土元素，如鉺（摻入稀土元素，如鉺（er），鈥），鈥(ho)，釹釹(nd)，鐠（，鐠（pr），銥（），銥（yb）等，可）

18、等，可實現波長從可見光到紅外范圍放大。實現波長從可見光到紅外范圍放大。一、摻鉺光纖放大器（一、摻鉺光纖放大器（edfa）1.最有效的泵浦波長最有效的泵浦波長980nm和和1480nm。2.980nm泵浦對應三能級系統；泵浦對應三能級系統；1480nm對應準三能級系統。對應準三能級系統。摻雜光纖放大器摻雜光纖放大器3.信號光與泵浦光通過光纖耦合器注入信號光與泵浦光通過光纖耦合器注入光纖，光隔離器避免自激振蕩。光纖，光隔離器避免自激振蕩。4.增益和飽和輸出功率決定于泵浦功率、增益和飽和輸出功率決定于泵浦功率、信號波長、光纖長度、摻鉺濃度等。信號波長、光纖長度、摻鉺濃度等。5.受激鉺離子壽命受激鉺離子壽命10ms，長于脈沖間，長于脈沖間隔隔25-