染料激光器的特点

这种超过10-100倍掺杂荧光线宽的固态激光器在发光谱带中有相同的线宽。这种激光器通常大量地发射线宽，因此利用有机染料分子做为活跃中心增加曲线线宽是它令人关注的特征之一。

4.3.2 光脉冲的染料激光器

辅助激光和激发光线被用作染料激光器的激发光源。在激光脉冲中，泵浦辐射是脉冲激光频率的二分频或三分频。最终确定在第二条或第三条谐波上的辅助激光会转变为激发光源。

最常见的泵浦激光器是操作在一个脉冲模式下的一种掺杂钕玻璃的激光器或是一种Nd：YAG的激光器。其脉冲电波不是沿着轴线方向就是垂直轴线方向进入染料腔的。如图4.10所示，是一种放在纵向

TRP Dye OM

图 4.10 一个染料激光器发射平行脉冲，TRP是一个全反射棱镜，OM是输出反射

激励中的材料。它的染料室分布在腔室的外部形成镜像原理实现一个全反射棱镜的作用。其输出镜的反射棱镜的泵浦辐射可以100%的击穿染料室进入腔室内形成染色荧光。这种染色荧光的输出时通过输出反射离开腔室的。

连续的激光脉冲也可以用作染料激光器的激发光源。经常使用的是氩离子激光（详情见本章4.5节）。因为连续的激光脉冲即使在一个普通的装置下也能极快的加热染料，所以可以把脉冲安装在染料介质的横向。这些脉冲穿过激发区域恰好会聚集成一束直径为10um迅速流动的染料脉冲。激发区的设置不只是用于冷却染料，其主要的目的是从一代产物中淘汰已经衰变的染料。

4.4 光解离激光器

4.4.1 在气体介质中的光脉冲

我们已经提到过固态激光器和液态激光器功率主要以充分地吸收线宽为条件，吸收线宽的宽度大约为0.1um。在气体介质中，活跃中心的吸收谱线的线宽大体上都很窄，从未超过10E-6um。当泵浦辐射的激发的窄带谱线和宽带谱线的峰值至少发生一次重合时气体介质的光激发才能够实现。这是一个相当苛刻的条件。铯蒸气激光器是一个使两种相遇的罕见的例子。用氦照射铯原子激发出的脉冲含有波长为0.3888um的窄波峰恰好是激光跃迁到铯原子的波长。

在气体介质中宽带脉冲显然是低功率的，只有很少部分的脉冲能量穿过窄的吸收谱线到达活跃中心，其大部分能量用于加热气体和激光器的其它结构。因此宽带光脉冲在气体激光器中是无用的。

4.4.2 宽带光解离激光器

在上述的原理中有一种气体介质是例外的，这是一种含有利用吸收光量子的能力能迅速呈现激发状态（用*标记）的游离分子的气体介

质。

* AB hv A B +→+

由分子组成的物体经分离机的处理后转变成可以被光吸收的物质的过程叫做光电解离。一个有趣的结果是在光解离气体分子时得到的吸收谱线宽度与在固体和液体中的活跃谱线带宽相同。这个事实证明宽带脉冲是可以应用的。被游离分子吸收的励磁功率是用于产生激光的激励产物。把这种类型的气体激光器叫做光解离激光器。

现已知两类光解离激光器。第一类光解离激光器用于激励游离产物作为活跃中心，这种激励用于主要光解离过程。第二类光解离激光器从解离产物的一系列化学反应中，也就是说从二次化学反应中获得激发态的激活物质。因此，这种类型的激光器归类于光解离激光器。

碘激光也是光解离激光器的一个例子。是光谱线在0.3um λ≈的游离3CF I 分子。

*33CF I hv I CF +→+ 在122P 阶段浮现激励碘原子。

脉冲激光器

收稿日期:2004-09-20；收到修改稿日期:2005-10-28 作者简介:姜本学（1980-），男，山东青州人，博士研究生，主要从事高平均功率激光晶体生长、光谱和激光性能的研究。E-mail:jiangbx@https://www.sodocs.net/doc/e44288601.html, 摘要介绍了能够实现高平均功率的两种固体激光器：固体薄片激光器和固体热容激光器。给出了它们的工作原理和 理论上的工作参数。综述了固体薄片激光器和固体热容激光器的研究历史和现状，指出了高平均功率固体激光器未来的发展方向。关键词 固体薄片激光器；固体热容激光器；高平均功率固体激光器 中图分类号：TN248 Thin Disk Solid State Lasers and Heat Capacity Solid State Lasers JIANG Benxue 1,2ZHAO Zhiwei 1ZHAO Guangjun 1XU Jun 1 1Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics,The Chinese Academy of Sciences,Shanghai 201800 2Graduate School of the Chinese Academy of Science,Beijing 100200 ()Abstract The working principles and the working parameters calculated theoretically of two types of solid state lasers,thin disk lasers and heat capacity lasers,which can realize high average power,are introduced.Their research history and the present status are described,the adoption of Nb:YAG,Nd:GGG,and Nd:YAG crystals in the solid state lasers are summarized,and the prospect and the development trends of high average power solid state lasers are pre 原sented.Key words thin disk solid state laser;heat capacity laser;high average power solid state laser 固体薄片激光器和固体热容激光器 姜本学1,2赵志伟1赵广军1徐军1 1中国科学院上海光学精密机械研究所，上海2018002中国科学院研究生院，北京100200 ()1引言 高平均功率(HAP)输出的固体 激光器(SSL)在工业、科学和军事等领域都有着非常诱人的应用前景[1~4]。设计高功率固体激光器的主要的困难有两个[5]：对抽运过程中无法避免的废热进行处理以及消除由于将废热去除而导致的后果。在激光工作过程中如果不对增益介质冷却，就会导致其温度升高，使得增益系数降低，最终导致不能工作。对增益介质冷却就会引起热透镜、机械应力及其它许多问题的产生，进而可能使激光光束质量下 降、降低激光输出功率、甚至可能导致固体激光增益介质的破裂。 针对高功率固体激光器上述两个发展瓶颈，解决的方法有两个：一是由于产生废热是不可避免 的， 所以要尽量消除由于消除废热而引起的后果。必须要减少热量和热流密度，减小热流的传导路程和 对激光场的影响[6~19]。几年来， 关于这方面的研究有很多的设计模型，比较理想的模型是盘片激光器。二是在激光工作过程中不对增益介质冷却，即固体热容激光器。这样就要求选择增益介质的热容和密度要尽可能的大， 从而在相同的激光输出的情况下，增益介质的温度升高尽量小[20~32]。 Yb 掺杂离子体系和Nd 掺杂离子体系的发展为高功率固体激光器的研究提供了好的方向[5,6]。由于Yb 离子的量子缺陷比Nd 离子低的多，大约仅为1/3，这在很大的程度上降低了废热的产生。但是由于Yb 离子是准三能级结构，激光下能级低，所以受温度影响大，抽运阈值高。本文重点介绍Yb 掺杂离子体系和Nd 掺杂离子体系的盘片激光器和固体热容激光器的研

6-1 固体激光器特性

实验6-1 脉冲固体激光器输出特性研究 固体激光器是指以某些晶体或特种玻璃为工作物质的激光器。目前，世界上找到的能产生激光的固体物质有几十种，但应用比较成熟的只有钇铝石榴石（YAG：Nd3+）红宝石、钕玻璃等。 固体激光器有连续和脉冲两种工作方式。连续激光器能长时间持续输出稳定的激光，功率从几毫瓦到几百瓦，脉冲激光器又可分为单脉冲激光器及重复频率激光器。前者几秒钟发射一个脉冲，后者一秒钟发射几个到几十个脉冲，激光持续时间为毫秒级，功率为千瓦级。 在脉冲激光器上加一个调Q装置就成为巨脉冲激光器，它可以使激光脉冲缩短到纳秒（10-9s）数量级，从而大大提高了脉冲功率（兆瓦数量级）。近年来出现的锁模技术的激光器——锁模激光器，其激光脉冲为皮秒（10-12s），甚至达到飞秒（10-15s）数量级，脉冲功率有很大增加。 固体激光器能输出连续激光或功率高的激光脉冲，从而产生用通常方法难以达到的局部超高温、超高压，因而应用越来越广泛。在工业上用来打钟表钻石和喷丝头上的微孔，切割和焊接难熔金属。在医疗上常用固体激光消除肿瘤以及作手术激光刀等。以固体激光器为核心的激光测距仪和激光雷达广泛用于测量和国防上。科学研究上常用固体激光器作为强光源实现动态全息摄影。大能量的激光器还可以用来引发核聚变、探索受控热核反应等，前景十分广阔。 激光技术的飞速发展和广泛应用使得激光已成为高校中越来越多的学科、专业学习和研究的重要课题。激光器的结构、工作原理，激光的形成条件及其性能和基本参数的检验与测定是非常必要的。 【实验目的】 1、了解脉冲固体激光器的基本结构和基本原理，并练习调整激光器谐振腔，使其输出激光。 2、测定脉冲激光器的输出特性曲线，找出光泵能量阈值，计算出激光器的绝对效率和斜效率。 3、测定激光器输出光束的发散角。 【实验原理】 （一）固体激光器的基本结构和工作原理 激光，其英文为Laser，全名为Light amplification by stimulated emission of radiation，全名译为辐射的受激发光放大。这很好地概括了激光产生的机制。激光器就是根据激光产生的机制而设计的。它由工作物质，泵浦系统和光学谐振腔等部分组成。实验所用Y AG激光器的结构如图6-1-1所示。

黑磷可用于新型激光器和光电子器件的制造

黑磷可用于新型激光器和光电子器件的制造据外媒报道，剑桥研究人员日前发现了喷墨打印的突破性“配方”，可以实现下一代激光器和光电子技术的大批量生产。 由剑桥大学石墨烯中心Tawfique Hasan博士带领的研究发现，黑磷（BP）油墨是一种与石墨烯相似的独特二维材料，与传统的喷墨打印技术相兼容，使其可能成为实现基于黑磷的激光器和光电子器件的可扩展大规模制造。 来自剑桥、伦敦帝国理工学院、芬兰阿尔托大学、北京航空航天大学以及浙江大学的跨学科科学家团队精心优化了黑磷的化学成分，以便通过复杂和竞争的流体效应的平衡来实现稳定的油墨。这样一来，便能够通过高速打印生产新的功能激光器和光电子器件。 由于黑磷墨水的快速干燥特性，所制造的设备（激光器和光电检测器）的打印质量具有较高的质量和均匀性。 该题为“用于光电子学和光子学喷墨打印的黑磷油墨配方”的研究成果已经在Nature Communications上发表，并且得到了英国皇家工程学院和英国工程及物理科学研究委员会(EPSRC)的赞助。 黑磷包含了对电子和光电器件有用的特性，包括可覆盖电磁光谱的可见光和近红外区域的半导体禁带宽度。 ·石墨烯·分子筛·碳纳米管·黑磷·类石墨烯·纳米材料 江苏先丰纳米材料科技有限公司是国际上提供石墨烯产品很早的公司之一，现专注于石墨烯、

该研究论文的作者Guohua Hu先生表示：“我们的油墨配方可实现高度均匀的喷墨打印，不会在周围环境中降解，从而使得大量基于2D材料的光传感器更接近现实。鉴于将黑磷材料用于未来应用方面，这种方法代表了一种重大的科学和技术成果。这种含有非常小的“薄片”黑磷的功能性油墨，使我们能够在各种基材上进行打印，包括长期保持稳定的塑料。” 来自北京航空航天大学的Meng Zhang教授带领了打印基于黑磷的非线性 光学器件的工作，作为超快光学快门，这种光学器件可以轻松插入激光器中。 连续的辐射激光束被转换为一系列重复的非常短的突发的光（或脉冲），其非常适合于工业和医疗应用，例如机械加工、钻孔、成像以及感测等。 Zhang教授表示：“相比以前的任何其他演示，我们使用了黑磷的非线性光学器件的设计提高了性能和运行的稳定性。这就是我们使用黑磷的油墨配方标志着通过这种新型材料制作的新型光子器件和架构的重大转变的优势所在。” 作为研究的一部分，该团队还展示了黑磷作为高效和高响应性光检测器的性能，超过了传统硅基光电探测器目前所实现的波长范围。 此次混合纳米材料工程研究组的Hasan博士补充道：“黑磷是一种特别有意思的后石墨烯材料，为新的激光器和光电子器件提供了许多机会。然而，尽管在实验室中表现出色，这种石墨烯晶体在现实世界的开发却受到了复杂材料制造及其环境稳定性的阻碍。但是我们对黑磷油墨的突破研究将会改变所有这一切，因为油墨本身可以与现有金属氧化物半导体器件（CMOS）技术无缝集成。” ·石墨烯·分子筛·碳纳米管·黑磷·类石墨烯·纳米材料 江苏先丰纳米材料科技有限公司是国际上提供石墨烯产品很早的公司之一，现专注于石墨烯、

脉冲固体激光器输出特性

中国石油大学 近代物理实验 实验报告 成 绩： 实验6-1 脉冲固体激光器输出特性研究 【实验目的】 1、了解脉冲固体激光器的基本结构和基本原理，并练习调整激光器谐振腔，使其输出激光。 2、测定脉冲激光器的输出特性曲线，找出光泵能量阈值，计算出激光器的绝对效率和斜效率。 3、测定激光器输出光束的发散角。 【实验原理】 （一）固体激光器的基本结构和工作原理 激光器由工作物质，泵浦系统和光学谐振腔等部分组成。实验所用YAG 激光器的结构如图6-1-1所示。 1.工作物质 要形成激光，首先必须利用激励源使工作物质激活，既使工作物质内部的电子在某些能级之间实现粒子数的反转分布。粒子数反转分布的条件是 11 221 N g N g (6-1-1) 式中1N 一下能级的粒子数密度； 2N 一上能级的粒子数密度； 21,g g 一下能级1E 和上能级2E 的统计权重。 YAG 脉冲固体激光器采用掺钕钇铝石榴石（YAG ：Nd 3+）作为工作物质，它具有四能级系统，其简化能级图如图6-1-2所示。 2.光学谐振腔 为了满足产生激光的阈值条件，即要使光在谐振腔中来回一次在激活介质中所获得的增益足以补充由各种因素所导致的光的损耗。在忽略介质内部

损耗的情况下，阈值条件为 1221≥l e r r G (6-1-2) 式中：21,r r 一谐振腔两端反射镜的反射率（包括反射镜的吸收，透射和衍射损失）； l —激活介质的长度； G —激活介质的增益系数，定义为： ()dz z I z dI v G v v .)()(= (6-1-3) 即频率为ν的单色光在激活介质中传播单位距离所增加的光强的百分比。 （二）YAG 激光器输出特性 1.输出特性曲线 输出特性曲线是指激光器的输出能量与输入能量之间的关系曲线。见图6-1-3。 当改变激光电源中储能电容的充电电压或电容时，就得到了不同的输入能量，其大小由下式计算 ( ) 2 22 1剩充U U C E -= λ （6-1-4） 式中C 为储能电容器的电容，单位为F ，充U 为充电电压，单位为V ，剩U 为电容器放电后的剩余电压值。输入能量入E 的单位是J 。 在输出特性曲线上，有一直线区间，它表示激光器在这一区间工作时，其输出能量与输入能量的变化成比例，通常引人斜效率斜η来描写这一特性。即 B A B A E E E E 入入出出斜--= η （6-1-6） A 、 B 为直线部分上的任意两点。 入斜—、E ηη曲线与输出特性曲线的对应关系如图6-1-4所示。 2、发散角 激光束虽有极好的方向性，但也有一定的发散性，其发散度可用图6-1-5所示的平面发散角θ'

激光器

激光基础知识2——激光器 中文名称：激光器 英文名称：laser 定义：产生激光的装置。 应用学科：机械工程（一级学科）；光学仪器（二级学科）；激光器件和激光设备-激光器名称（三级学科） 一、原理 除自由电子激光器外，各种激光器的基本工作原理均相同，产生激光的必不可少的条件是粒子数反转和增益大过损耗，所以装置中必不可少的组成部分有激励（或抽运）源、具有亚稳态能级的工作介质两个部分。 激励是工作介质吸收外来能量后激发到激发态，为实现并维持粒子数反转创造条件。激励方式有光学激励、电激励、化学激励和核能激励等。 工作介质具有亚稳能级是使受激辐射占主导地位，从而实现光放大。 激光器中常见的组成部分还有谐振腔，但谐振腔（见光学谐振腔）并非必不可少的组成部分，谐振腔可使腔内的光子有一致的频率、相位和运行方向，从而使激光具有良好的方向性和相干性。而且，它可以很好地缩短工作物质的长度，还能通过改变谐振腔长度来调节所产生激光的模式（即选模），所以一般激光器都具有谐振腔。 二、激光工作物质 是指用来实现粒子数反转并产生光的受激辐射放大作用的物质体系，有时也称为激光增益媒质，它们可以是固体（晶体、玻璃）、气体（原子气体、离子气体、分子气体）、半导体和液体等媒质。对激光工作物质的主要要求，是尽可能在其工作粒子的特定能级间实现较大程度的粒子数反转，并使这种反转在整个激光发射作用过程中尽可能有效地保持下去；为此，要求工作物质具有合适的能级结构和跃迁特性。

三、激励抽运系统 是指为使激光工作物质实现并维持粒子数反转而提供能量来源的机构或装置。根据工作物质和激光器运转条件的不同，可以采取不同的激励方式和激励装置，常见的有以下四种。 ①光学激励(光泵)。是利用外界光源发出的光来辐照工作物质以实现粒子数反转的，整个激励装置，通常是由气体放电光源（如氙灯、氪灯）和聚光器组成，这种激励方式也称作灯泵浦。 ②气体放电激励。是利用在气体工作物质内发生的气体放电过程来实现粒子数反转的，整个激励装置通常由放电电极和放电电源组成。 ③化学激励。是利用在工作物质内部发生的化学反应过程来实现粒子数反转的，通常要求有适当的化学反应物和相应的引发措施。 ④核能激励。是利用小型核裂变反应所产生的裂变碎片、高能粒子或放射线来激励工作物质并实现粒子数反转的。 四、光学共振腔 通常是由具有一定几何形状和光学反射特性的两块反射镜按特定的方式组合而成。作用为： ①提供光学反馈能力，使受激辐射光子在腔内多次往返以形成相干的持续振荡。 ②对腔内往返振荡光束的方向和频率进行限制，以保证输出激光具有一定的定向性和单色性。 共振腔作用①，是由通常组成腔的两个反射镜的几何形状（反射面曲率半径）和相对组合方式所决定；而作用②，则是由给定共振腔型对腔内不同行进方向和不同频率的光，具有不同的选择性损耗特性所决定的。 五、激光器分类 分别从激光工作物质、激励方式、运转方式、输出波长范围等几个方面进行分类。 5.1按工作物质分类 根据工作物质物态的不同可把所有的激光器分为以下几大类：

半导体激光器输出特性的影响因素

半导体激光器输出特性的影响因素 半导体激光器是一类非常重要的激光器，在光通信、光存储等很多领域都有广泛的应用。下面我将探讨半导体激光器的波长、光谱、光功率、激光束的空间分布等四个方面的输出特性，并分析影响这些输出特性的主要因素。 1． 波长 半导体激光器的发射波长是由导带的电子跃迁到价带时所释放出的能量决定的，这个能量近似等于禁带宽度Eg(eV)。 hf=Eg f(Hz)和λ(μm)分别为发射光的频率和波长 且c=3×108m/s ，h=6.628×10?34J ·s ，leV=1.60×10?19J 得 决定半导体激光器输出光波长的主要因素是半导体材料和温度。 不同半导体材料有不同的禁带宽度Eg ，因而有不同的发射波长λ：GaAlAs-GaAs 材料适用于0.85μm 波段，InGaAsP-InP 材料适用于1.3~1.55μm 波段。 温度的升高会使半导体的禁带宽度变小，导致波长变大。 2． 光功率 半导体激光器的输出光功率 其中I 为激光器的驱动电流，P th 为激光器的阈值功率；I th 为激光器的阈值电流；ηd 为外微分量子效率；hf 为光子能量；e 为电子电荷。 hf 、e 为常数，Pth 很小可忽略。由此可知，输出光功率主要取决于驱动电流I 、阈值电流I th 以及外微分量子效率ηd 。驱动电流是可随意调节的，因此这里主要讨论后两者。除此之外，温度也是影响光功率的重要因素。 1）阈值电流 半导体激光器的输出光功率通常用P-I 曲线表示。当外加正向电流达到某一数值时，输出光功率急剧增加，这时将产生激光振荡，这个电流称为阈值电流，用I th 表示。当激励电流II th 时，有源区不仅有粒子数反转，而且达到了谐振条件，受激辐射为主，输出功率急剧增加，发出的是激光，此时P-I 曲线是线性变化的。对于激光器来说，要求阈值电流越小越好。 阈值电流主要与下列影响因素有关： a) 晶体的掺杂浓度越大，阈值电流越小。 b) 谐振腔的损耗越小，阈值电流越小。 c) 与半导体材料结型有关，异质结阈值电流比同质结小得多。 d) 温度越高，阈值电流越大。 2）外微分量子效率 ) (th d th I I e hf P P -+=ηλ c =f

固体脉冲激光器输出特性的研究实验报告

班级：材物09-2学号：09132216 姓名：潘大伟 实验：33305

实验6-1 脉冲固体激光器输出特性研究 【实验目的】 1、了解脉冲固体激光器的基本结构和基本原理，并练习调整激光器谐振腔，使其输出激光。 2、测定脉冲激光器的输出特性曲线，找出光泵能量阈值，计算出激光器的绝对效率和斜效率。 3、测定激光器输出光束的发散角。 【实验原理】 （一）固体激光器的基本结构和工作原理 激光，它由工作物质，泵浦系统和光学谐振腔等部分组成。实验所用YAG 激光器的结构如图6-1-1所示。 1、工作物质 要形成激光，首先必须利用激励源使工作物质激活，既使工作物质内部的电子在某些能级之间实现粒子数的反转分布。粒子数反转分布 11 22 1 N g N g (6-1-1) 式中1N 一下能级的粒子数密度；2N 一上能级的粒子数密度；21,g g 一下能级1E 和上能级2E 的统计权重。 2、泵浦系统 本实验中所用YAG 激光器的光泵系统由聚光腔、脉冲氙灯和它的供电系统以及触发器组成。 ○ 1直流电源给储能电容充电到数百伏，并加到氙灯的两极，这时氙灯不发光。 ○ 2触发器接通，发出一万多伏的电脉冲使氙灯导通，这时储能电容通过氙灯放电，氙灯发出强烈的闪光。此光激活工作物质，处于基态的粒子向高能级跃迁，由于光泵系统的不断泵浦，泵浦到一定程度时，实现了粒子数的反转。 3、光学谐振腔 ○ 1谐振腔除了造成高的光子密度。○2选择作用，只有光在垂直腔镜的多次反射下才能输出激光，所以激光方向性好，且腔越长，方向性越好。 （二）YAG 激光器输出特性 1、输出特性曲线 见图6-1-3。

医学中常用的激光器

医学中常用的激光器 自第一台激光器问世后，人们对激光器件及技术进行了大量的研制工作，取得了相当可观的成果。目前能实现激光运转的工作物质达数百种以上，大体上分为气体、固体、半导体、染料等几大类。人们在探索激光产生机理的同时，扩展了激光的频谱范围，几千条谱线遍布于真空紫外到远红外的广阔光谱区域。激光方向性好、强度大，可以使被照物体在1/1000s内产生几千度的高温，瞬间发生汽化。由于激光的物理特性决定了其具有明显的生物学效应，。各种不同的激光具有不同的特性和组织效应，正确认识激光的这些特点，是选择和合理利用激光的基础。 一．气体激光器 气体激光器，按工作物质的性质，大致可分成下列三种：(1)原子激光器：利用原子跃迁产生激光振荡，以氦氖激光器为代表。氩、氪、氙等惰性气体，铜、镉、汞等金属蒸气，氯、溴、碘等卤素，它们的原子均能产生激光。原子激光器的输出谱线在可见和红外波段，典型输出功率为10毫瓦数量级。 (2)分子激光器：利用分子振动或转动状态的变化产生辐射制成的，输出的激光是分子的振转光谱。分 子激光器以二氧化碳(CO 2)激光器为代表，其他还有氢分子(H 2 )，氮分子(N 2 )和一氧化碳(CO)分子等激光 器。分子激光器的输出光谱大多在近红外和远红外波段，输出功率从数十瓦到数万瓦。(3)离子激光器：这类激光器的激活介质是离子，由被激发的离子产生激光放大作用，如氩离子(激活介质为Ar＋)激光器。氦镉激光器(激活介质为Cd＋)等。离子激光器的输出光谱大多在可见光和紫外波段，输出功率从几毫瓦到几十瓦。 气体激光器是覆盖波谱范围最广的一类器件，能产生连续输出。其方向性、单色性也比其他类型器件好，加之制造方便、成本低、可靠性高，因此成为目前应用最广的一类器体。 1、氦氖激光器 氦氖激光器能输出波长为632.8nm的可见光，具有连续输出的特性。它的光束质量很好(发散角小，单色性好，单色亮度大)。激光器结构简单，成本低，但输出功率较小。氦氖激光器在工业、科研、国防上应用很广，医疗上主要用于照射，有刺激、消炎、镇痛、扩张血管和针灸等作用，广泛用于内科、皮肤科、口腔科及细胞的显微研究。 氦氖激光器有三种结构形式：内腔式、外腔式和半内腔式。它们均由放电管、谐振腔、激励电源等三部分组成。以内腔式为例，放电毛细管是产生气体放电和激光的区域，它的内径很小，约在1到几毫米。电极A为阳极，由钨杆或钼(或镍)筒制成。阴极K为金属圆筒，由铝、钼、钽等制成，它们均有足够的电子发射能力和抗溅射能力。组成谐振腔的两块反射镜紧贴于放电管两端，并镀以多层介质膜。其中一个为全反射镜，另一个则为部分反射镜，整个谐振腔在出厂前已调整完毕，因此使用简单、方便。放电管的管径比放电毛细管粗几十倍，用以保持氦氖气压比及加固谐振腔。为了避免放电管变形而引起激光输出下降，内腔管的长度不宜过大，一般不超过一米。外腔式激光器可以更换不同的反射镜，使输出功率最大，光束发散角最小。也可在反射镜和放电管之间插入光学元件，以研究激光器的输出特性，调制它的频率或幅度，并可制成单频大功率激光器。 2、二氧化碳激光器 二氧化碳激光器的能量转换效率达20～25%(氦氖激光器的能量转换效率仅为千分之几)。它的输出波长为10.6微米，属于远红外区，连续输出功率可达万瓦级，常用电激励，结构比较简单紧凑，使用 方便，是目前最常用的激光器之一，在医学上，CO 2激光器作为手术刀使用日益引起人们的重视。CO 2 激 光器也用于皮肤科、外科、神经外科、整形外科、妇科和五官科的手术，在癌症的治疗上也有一定成效。 最常见的封离型内腔式二氧化碳激光器的管壳是由硬质玻璃或石英材料制成的。常见为三层玻璃套管结构，其最内层是放电管，中间层是水冷套，外层是储气管。在内外层之间有气体循环通路，这是为了保证混合气体的均匀分布而设计的。其光学谐振腔通常用平凹球面腔。球面镜可用石英或其他光学玻璃做基片，然后，在表面上镀层金属膜。平面镜是输出窗片，要求它对10.6μm的激光有很好的透过率，且表面不易损伤，机械性能好等。一般中小功率的激光器常常采用锗单晶做输出片，大功率的用砷化镓

激光器的种类及性能参数总结

激光器的种类及性能参数总结 半导体激光器——用半导体材料作为工作物质的一类激光器 中文名称： 半导体激光器 英文名称： semiconductor laser 定义1： 用一定的半导体材料作为工作物质来产生激光的器件。 所属学科： 测绘学（一级学科）；测绘仪器（二级学科） 定义2： 以半导体材料为工作物质的激光器。 所属学科： 机械工程（一级学科）；光学仪器（二级学科）；激光器件和激光设备-激光器名称（三级学科） 定义3： 一种利用半导体材料PN结制造的激光器。 所属学科： 通信科技（一级学科）；光纤传输与接入（二级学科） 半导体激光器的常用参数可分为：波长、阈值电流Ith 、工作电流Iop 、垂直发散角θ⊥、水平发散角θ∥、监控电流Im 。 （1）波长：即激光管工作波长，目前可作光电开关用的激光管波长有635nm、650nm、670nm、激光二极管690nm、780nm、810nm、860nm、980nm等。 （2）阈值电流Ith ：即激光管开始产生激光振荡的电流，对一般小功率激光管而言，其值约在数十毫安，具有应变多量子阱结构的激光管阈值电流可低至10mA以下。 （3）工作电流Iop ：即激光管达到额定输出功率时的驱动电流，此值对于设计调试激光驱动电路较重要。 （4）垂直发散角θ⊥：激光二极管的发光带在垂直PN结方向张开的角度，一般在15?~40?左右。 （5）水平发散角θ∥：激光二极管的发光带在与PN结平行方向所张开的角度，一般在6?~ 10?左右。 （6）监控电流Im ：即激光管在额定输出功率时，在PIN管上流过的电流。 工业激光设备上用的半导体激光器一般为1064nm、532nm、808nm，功率从几瓦到几千瓦不等。一般在激光打标机上使用的是1064nm的，而532nm的则是绿激光。 准分子激光器——以准分子为工作物质的一类气体激光器件。 中文名称： 准分子激光器 英文名称： excimer laser 定义：

Gb激光器各供应商性能比较总结

当前生产40Gbps EML器件的厂商主要有OKI、Cyoptics、MITSUBISHI、Eudyna。其中有三家（OKI、MITSUBISHI、Eudyna）满足XLMD-MSA标准，即是双GPPO高频同轴接口和14个pin脚的蝶形器件。Cyoptics 虽然不满足XLMD MSA但其满足ITU and MSA标准，其的特点是EA偏置可以单独调节，给最后整个模块的调试带来极大的方便。还有其监测电流最小为0.4μA。OKI （JOG-01401）其EA的偏置是和驱动输出在一起，这样给调节带来极大的困难。MITSUBISHI的EA的偏置可以调节但是是与LD偏置在一起调节，想对于OKI来说比较方便，但是调节还是存在一定的困难。在TEC功耗方面OKI （JOG-01401）和Eudyna （HS/ETM5401NF）比较低正常工作时为1.3W，这就为其他器件腾出了更大的功耗容量。激光器的阈值电流多家公司为35mA,其中MITSUBISHI（FU-697SEA-1M1）只有20 mA，但其输出光功率最大可达3 dBm。在驱动内置的三家公司中，OKI （JOG-01401）和Eudyna（HS/ETM5401NF）驱动控制引脚为6pin，MITSUBISHI （FU-697SEA-1M1）为5pin，但其X-Point控制电压绝对值最小，并且没有X-Point控制电压参考电压。在高频输入信号电压方面，差分输入信号的范围为0.2到1Vpp之间，其中Eudyna（HS/ETM5401NF）输入的差分信号最小为0.2to 0.5 Vpp，并且驱动芯片为差分输入，其高频输入电压是单端输入的一半左右。各个厂商的具体参数见下表 小结：1）.以上各厂商共同的缺点是驱动前没有DC-BLOCK这就需要在器件外增加额外的设计上，使得模块的密度过高。2）.对于我们自己设计来说，最后单独空余一个pin脚来单独控制EML芯片的EA偏置，这样会给以后模块的电路调节带来极大的方便。3）.在TEC的选型方面，可以参考上述厂商，选择功耗比较低的，给其他器件腾出了更大的功耗容量，如正常工作时为1.3W。4）.驱动IC的控制引脚一般为5到6脚，并且其一般都含有X-Point Control Voltage，driver Supply Voltage ，Output Amplitude Control Voltage(current)，Output Bias Control Voltage等引脚。5）.在选择驱动IC时最好选择差分输入，这样可以降低高频同轴输入的信号电压。

新型碱金属激光器的开发与应用

新型碱金属激光器的开发与应用 文章扼要介绍了新型二极管激光泵浦碱金属蒸气激光器（Diode pumped alkali vapor lasers-DPALs）的特点、开发和应用。DPALs是兼顾固体激光器和气体激光器优点的新型激光器，它具有量子效率高、光束質量好和线宽窄等特点。在军事领域的定向能量传输、大气环境监测、材料功能处理和医疗等方面具有非常广泛的应用价值，具有较大的研究意义。 标签：碱金属激光器；近红外；量子效率 新型二极管激光泵浦碱金属蒸气激光器（Diode pumped alkali vapor lasers-DPALs）具有量子效率高和光束质量好等特点，另外它的激光线宽非常窄。那么为什么要发展DPALs呢？因为现在常用的固体激光器和气体激光器都具有严重的缺陷。首先，固体激光器它主要采用的是闪光灯激励和商用激光二极管列阵泵浦，它的优点是具有好的稳定性能，高的转换效率以及寿命长，但是当它在长时间工作并伴随高功率输出时就经常存在着热损伤（例如：热致双折射、热致断裂等）。在激光出光问题上，它存在着激光光束畸变等需要解决的问题。而对于目前常用的气体激光器而言，它的泵浦方式是直接放电方式来泵浦激光腔内的介质，它的优点是具有丰富的光谱线、优良的光束质量以及热量均匀分布等，但它也存在着严重的需要改进的缺陷，比如它存在内部系统复杂，稳定性较差以及工作寿命较短等。在这种背景下就要求科研工作者在两者的基础上结合两者的优点，解决两者的缺点重新设计一种新型并兼顾气体和固体激光器优点的激光器，这是激光器件未来发展的方向，是一个重要的研究领域，也是众多科研工作人员共同追求的目标。二极管激光泵浦碱金属蒸气激光器是近几年发展非常迅速的新型激光器，由于它既有目前市场上常用的固体激光器件和气体激光器件的优点，同时又有高光束质量、高效、高功率和能够实现近红外激光输出的特点，因此二极管激光泵浦碱金属蒸气激光器吸引了科研人员的极大关注。 我们知道，原子分子中碱金属原子的光学截面非常大，因此它们的活性也非常大，碱金属原子能够提供将非相干的多模泵浦光束转变成相干单模光束的高效出光机制。作为增益介质之一的某种碱金属蒸气具有良好的光学性能和约几MHz的非常窄的吸收线宽等优点。它的激光工作能级结构为准三能级的结构，实验中设计的泵浦源是目前市场上常见的商用多模二极管激光器，为了使三能级激光得到有效运转，那就必须同时满足以下两个条件：（1）由于碱金属D1和D2线原子跃迁线宽非常窄，因此必须要充分展宽这些谱线，这些可以通过碰撞来实现，目前实验的方式主要是加一些缓冲气体，增加碰撞效率，这样可以保证跃迁谱线均匀展宽。实验室中主要是通过添加几个大气压的稀有气体，如He气来得到。（2）商用的多模二极管激光器谱线较宽，虽然实验中碱金属的D2谱线的全高半宽宽度已经通过碰撞被展宽了，但展宽的幅度相对于二极管泵浦源的线宽来说仍然要窄很多。碱金属激光器中激光高效运转的条件就必须要使泵浦光被碱金属D2线有效吸收，即要求泵浦的有效线宽与碱金属吸收线的有效线宽相匹配。目前实验室中主要采用的是端面泵浦的几何结构，目的是使D1线跃迁谱线有效被通过碰撞均匀展宽，使泵浦的吸收效率大幅增加。

第二章、激光器输出特性的改善.

第二章、激光器输出特性的改善 在精密测量中，普通激光器输出的激光束，往往不能满足实际要求。比如在激光准直测量中，要求激光束发散角尽可能小，这就要求激光器为单横模（TEM 00）输出;在激光干涉测量中，要求激光频率单色性要好，这就要求激光器单横模、单纵模输出；在地卫测距中，要求激光器输出高脉冲能量窄脉冲宽度（调Q 脉冲输出或锁模脉冲输出）等。这就要求对激光器进行某些改善。下面介绍几种常见的激光输出改善反法。 §1. 激光器输出光束的模式选择 一、 激光器横模选择 在激光谐振腔中，只有衍射损耗的大小与横模的阶次有关，且各横模的衍射损耗相差比较大，所以可以通过改变衍射损耗来实现横模选择。由于高阶横模的衍射损耗很大，所以在不采取措施的情况下，激光器一般工作在低阶横模（TEM 00、TEM 10、TEM 01）。基模（TEM 00）衍射损耗最小，其他高阶横模的衍射损耗随横模阶次的增大而迅速增大。激光器的横模选择就是基于这一原理。最常见的方法就是小孔选模。 小孔选横模示意图如右图。 激光器单基横模TEM 00运转的充分（振荡）条件为： 1)1(00210 00≥-δr r e L G （单程增益大于单程损耗） （2-1-1） 其中---0 00G TEM 00模的小信号增益，r 1、r 2---两反射镜的发射系数，--00δTEM 00模的单 程衍射损耗。 激光器单基横模TEM 00运转的必要条件为：衍射损耗高于基横模TEM 00的横模（其中TEM 10是除TEM 00外所有横模中衍射损耗最小的）不能振荡。故应有： 1)1(10210 10 δ-r r e L G （TEM 10模的单程增益小于单程损耗，不能起振） （2-1-2） 其中--10δTEM 10模的单程损耗。 激光谐振腔的衍射损耗完全由谐振腔参数和菲涅尔数N 来决定。 在共焦腔中，0/121=-==?=R L g g R L ，此时N 不变，0010/δδ最大； 而在共心腔 [] 1)/21(,2/2121-=-======R R g g g L R R R 和平行平面腔 []1/1,2121=∞-==∞===L g g R R R 中，在N 不变情况下， 0010/δδ最小。

激光器介绍

激光器介绍 WALC4020数控激光切割机 更快、更宽、更厚的钣金切割专家 1、产品简介 更高性能的激光切割系统: WALC4020选择了世界最先进的激光器、切割头。拥有最高质量的部件和最好的结构。如西门子的控制系统和直线驱动系统，STAR的直线导轨。 更先进的结构型式： A．横梁 WALC4020激光切割机采用横梁倒挂结构，此结构有如下优势： 1．与横梁悬臂式相比，横梁的运行速度更高，运行更平稳，可达200米/分。这是因为驱动力的作用点位于横梁的重心，不会产生附加力矩，驱动效率更高，运行更平稳。 2．与小龙门移动式相比，电气控制更简单，系统更可靠。操作更方便。 因此，WALC4020更适用于高速，高功率切割。 B．交换工作台： 采用垂直升降式交换工作台，此型式的交换方式与目前使用的斜升式相比有如下优点： A．提升能力更大，安装更方便。 B．与横梁倒挂结构配合，结构更合理。 C．在切割区内，工作台下的空间更大，以便布置排渣装置及抽风除尘装置。 C．驱动： WALC4020激光切割机的X、Y轴采用了西门子的控制系统和直线驱动系统，与传统电机+滚珠丝杠（齿条）相比，驱动力更大，加速度更高。加速度可达3G，速度最高可达200米/分。而且运行更平稳。 X，Y，Z轴的导轨采用STAR高品质直线导轨，精度更高，运行更平稳。 2、产品特性 WALC4020融合了激光最新技术的应用 一．控制 WALC4020的控制器是SIEMENS 840D。该控制器的界面已经进行了改进，以适合激光切割系统的应用。 二．穿透检测 在打孔时，穿透检测使用传感器来确定光束是不是已经穿透了板材，这样可以得到最高质量的穿透效果，节省时间。

激光器的分类

激光器的分类 来源：全球五金网 2011-10-31 作者：佛山市科镭激光科技有限公司公司产品公司商机公司招商公司新闻 激光器作为所有激光应用产品的核心部件，是所有激光应用产品的重中之重；而且激光器的种类是很多。下面，将分别从激光工作物质、激励方式、运转方式、输出波长范围等几个方面进行分类介绍。 按工作物质分类根据工作物质物态的不同可把所有的激光器分为以下几大类： ①固体（晶体和玻璃）激光器，这类激光器所采用的工作物质，是通过把能够产生受激辐射作用的金属离子掺入晶体或玻璃基质中构成发光中心而制成的； ②气体激光器，它们所采用的工作物质是气体，并且根据气体中真正产生受激发射作用之工作粒子性质的不同，而进一步区分为原子气体激光器、离子气体激光器、分子气体激光器、准分子气体激光器等； ③液体激光器，这类激光器所采用的工作物质主要包括两类，一类是有机荧光染料溶液，另一类是含有稀土金属离子的无机化合物溶液,其中金属离子（如Nd）起工作粒子作用，而无机化合物液体（如SeOCl）则起基质的作用； ④半导体激光器，这类激光器是以一定的半导体材料作工作物质而产生受激发射作用，其原理是通过一定的激励方式(电注入、光泵或高能电子束注入)，在半导体物质的能带之间或能带与杂质能级之间，通过激发非平衡载流子而实现粒子数反转，从而产生光的受激发射作用； ⑤自由电子激光器，这是一种特殊类型的新型激光器，工作物质为在空间周期变化磁场中高速运动的定向自由电子束，只要改变自由电子束的速度就可产生可调谐的相干电磁辐射，原则上其相干辐射谱可从X射线波段过渡到微波区域，因此具有很诱人的前景。 按激励方式分类 ①光泵式激光器。指以光泵方式激励的激光器，包括几乎是全部的固体激光器和液体激光器，以及少数气体激光器和半导体激光器。 ②电激励式激光器。大部分气体激光器均是采用气体放电（直流放电、交流放电、脉冲放电、电子束注入）方式进行激励，而一般常见的半导体激光器多是采用结电流注入方式进行激励，某些半导体激光器亦可采用高能电子束注入方式激励。 ③化学激光器。这是专门指利用化学反应释放的能量对工作物质进行激励的激光器，反希望产生的化学反应可分别采用光照引发、放电引发、化学引发。 ④核泵浦激光器。指专门利用小型核裂变反应所释放出的能量来激励工作物质的一类特种激光器，如核泵浦氦氩激光器等。 按运转方式分类 由于激光器所采用的工作物质、激励方式以及应用目的的不同，其运转方式和工作状态亦相应有所不同，从而可区分为以下几种主要的类型。 ①连续激光器，其工作特点是工作物质的激励和相应的激光输出，可以在一段较长的时间范围内以连续方式持续进行，以连续光源激励的固体激光器和以连续电激励方式工作的气体激光器及半导体激光器，均属此类。由于连续运转过程中往往不可避免地产生器件的过热效应，因此多数需采取适当的冷却措施。 ②单次脉冲激光器，对这类激光器而言，工作物质的激励和相应的激光发射，从时间上来说均

激光器简介讲解

激光器 能发射激光的装置。1954年制成了第一台微波量子放大器，获得了高度相干的微波束。1958年A.L.肖洛和C.H.汤斯把微波量子放大器原理推广应用到光频范围，并指出了产生激光的方法。1960年T.H.梅曼等人制成了第一台红宝石激光器。1961年A.贾文等人制成了氦氖激光器。1962年R.N.霍耳等人创制了砷化镓半导体激光器。以后，激光器的种类就越来越多。按工作介质分，激光器可分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器4大类。近来还发展了自由电子激光器，其工作介质是在周期性磁场中运动的高速电子束，激光波长可覆盖从微波到X射线的广阔波段。按工作方式分，有连续式、脉冲式、调Q和超短脉冲式等几类。大功率激光器通常都是脉冲式输出。各种不同种类的激光器所发射的激光波长已达数千种，最长的波长为微波波段的0.7毫米，最短波长为远紫外区的210埃，X射线波段的激光器也正在研究中。 除自由电子激光器外，各种激光器的基本工作原理均相同，装置的必不可少的组成部分包括激励（或抽运）、具有亚稳态能级的工作介质和谐振腔（见光学谐振腔）3部分。激励是工作介质吸收外来能量后激发到激发态，为实现并维持粒子数反转创造条件。激励方式有光学激励、电激励、化学激励和核能激励等。工作介质具有亚稳能级是使受激辐射占主导地位，从而实现光放大。谐振腔可使腔内的光子有一致的频率、相位和运行方向，从而使激光具有良好的定向性和相干性。

激光工作物质是指用来实现粒子数反转并产生光的受激辐射放大 作用的物质体系，有时也称为激光增益媒质，它们可以是固体（晶体、玻璃）、气体（原子气体、离子气体、分子气体）、半导体和液体等媒质。对激光工作物质的主要要求，是尽可能在其工作粒子的特定能级间实现较大程度的粒子数反转，并使这种反转在整个激光发射作用过程中尽可能有效地保持下去；为此，要求工作物质具有合适的能级结构和跃迁特性。 激励(泵浦)系统是指为使激光工作物质实现并维持粒子数反转而 提供能量来源的机构或装置。根据工作物质和激光器运转条件的不同，可以采取不同的激励方式和激励装置，常见的有以下四种。①光学激励(光泵)。是利用外界光源发出的光来辐照工作物质以实现粒子数反转的，整个激励装置，通常是由气体放电光源（如氙灯、氪灯）和聚光器组成。②气体放电激励。是利用在气体工作物质内发生的气体放电过程来实现粒子数反转的，整个激励装置通常由放电电极和放电电源组成。③化学激励。是利用在工作物质内部发生的化学反应过程来实现粒子数反转的，通常要求有适当的化学反应物和相应的引发措施。④核能激励。是利用小型核裂变反应所产生的裂变碎片、高能粒子或放射线来激励工作物质并实现粒子数反转的。 光学共振腔通常是由具有一定几何形状和光学反射特性的两块反 射镜按特定的方式组合而成。作用为：①提供光学反馈能力，使受激辐射光子在腔内多次往返以形成相干的持续振荡。②对腔内往返振荡光束的方向和频率进行限制，以保证输出激光具有一定的定向性和单

固体激光器原理及应用

编号 赣南师范学院学士学位论文固体激光器原理及应用 教学学院物理与电子信息学院 届别 2010届 专业电子科学与技术 学号 060803013 姓名丁志鹏 指导老师邹万芳 完成日期 2010.5.10

目录 摘要 (1) 关键词 (1) Abstract (1) Key words (1) 1引用 (2) 2激光与激光器 (2) 2.1激光 (2) 2.2激光器 (3) 3固体激光器 (4) 3.1工作原理和基本结构 (4) 3.2典型的固体激光器 (8) 3.3典型固体激光器的比较 (11) 3.4固体激光器的优缺点 (12) 4固体激光器的应用 (13) 4.1军事国防 (13) 4.2工业制造 (15) 4.3医疗美容 (17) 5结束语 (17) 参考文献 (19)

摘要：固体激光器目前是用最广泛的激光器之一，它有着一些非常突出的优点。介绍固体激光器的工作原理及应用，更能够加深对其的了解。本论文先从基本原理和结构介绍固体激光器，接着介绍一些典型的固体激光器，最后介绍其在军事国防、工业技术、医疗美容等三个方面的应用及未来的发展方向。 关键词：固体激光器基本原理基本结构应用 Abstract:Solid-state laser is currently one of the most extensive laser,it has some very obvious advantages.The working principle of solid-state lasers and applications were described in the paper and it can enhance the understanding.In this paper, starting with the basic principles and structure of the introduced solid-state laser,and then some typical solid-state lasers and a presentation on its military defense,industrial technology,medical and cosmetic applications in three areas and future development direction were introduced. Key words:Solid-state Laser Basic Principle Basic Structure Application