激光器设计原理讲解
引言
光纤传感器自20世纪70年代以来，以其具有的灵敏度高、耐腐蚀、抗电磁干扰能力强、安全可靠等特点取得了飞速的发展。同时，这些特性也使它可以实现某些特殊条件下的测量工作，比起常规检测技术具有诸多优势，是传感技术发展的一个主导方向。
作为光纤传感器中关键的光学元件之一的光源，其稳定度直接影响着光纤传感器的准确度。本文所涉及的光纤传感器采用的是半导体激光器光源，半导体激光器具有单色性好、方向性好、体积小、光功率利用率高等优点，但是，光功率输出受外界环境变化的影响较大。因此，本文针对半导体激光光源的工作原理和特性，设计了一种简单可行的自动功率控制(APC)驱动电路，通过背向监测光电流形成反馈，实现恒功率控制。并且，引入了慢启动电路，防止电源电压的干扰，使激光器不会受到每次开启电源时产生的过流冲击，延长了激光器的使用寿命。经实验验证，该电路解决了激光器在使用中输出功率不稳定的问题，其稳定度优于0.5%，达到了较好的稳流效果。
1 光源的工作原理和特性
目前，实际应用的光源有表面光发射二极管(LED)、激光二极管(LD)、超辐射二极管(SLD)、超荧光光源(SFS)等。随着光纤传感技术的迅速发展，体积小、质量轻、功耗小、容易与光纤耦合的LD等半导体光源应用越来越广泛。本文主要研究半导体LD的驱动设计。
1.1 LD发光机理分析
LD的基本结构为：垂直于PN结面的一对平行平面构成法布里-珀罗谐振腔，它们可以是半导体晶体的解理面，也可以是经过抛光的平面。其余两侧面则相对粗糙，用以消除主方向外其他方向的激光作用。当半导体的PN结加有正向
电压时，会削弱PN结势垒，迫使电子从N区经PN结注入P区，空穴从P区经过PN结注入N区，这些注入PN结附近的非平衡电子和空穴将会发生复合，从而发射出波长为λ的光子，其公式
λ=hc/Eg， (1)
式中 h为普朗克常数;c为光速;Eg为半导体的禁带宽度。
如果注入电流足够大，则会形成和热平衡状态相反的载流子分布，即粒子数反转。当有源层内的载流子在大量反转情况下，少量自发辐射产生的光子由于谐振腔两端面往复反射而产生感应辐射，造成选频谐振正反馈，或者说对某一频率具有增益。当增益大于吸收损耗时，就可从PN结发出方向性好、相干性强、亮度高、频带窄的激光。LD除了具备一般激光的相干性好、方向性强、发散角小、能量高度集中外，还具有光电转换效率高、输出功率大、体积小、重量轻、结构简单、抗震性强等特点。
1.2 LD输出特性
图1是一种典型的半导体激光器在不同温度下的输出功率与正向驱动电流的关系曲线。为了便于看清楚，图中底部的近似直线部分有意抬高了一些。由图1中可以看出：当驱动电流低于阈值时，激光器只能发射出荧光，只有当驱动电流大于激光器的阈值电流时，激光器才能正常工作发出激光，因此，要使LD发射激光，就要供给LD略大于阈值电流的工作电流。而且，LD的阈值电流受温度的影响，温度越高，相应的阈值电流越大。在某一温度下，当驱动电流低于阈值电流时，输出光功率近似为零;当驱动电流高于阈值时，输出激光，光输出功率随着驱动电流的增大而迅速增加，并近似呈线性上升。
本文使用的是波长为1310 nm的FP同轴激光器，其工作电流为25.0 mA，输出功率为0.96 mW，内部光路原理结构如图2所示。LD与背向检测探测器P D组合，并封装在一起，LD是正向接法，PD是反向接法。PD用来检测激光器的背向输出光功率，其输出光功率取决于LD的输出值。
1.3 LD的调制和背光耦合
为了方便进行光功率自动控制，通常，激光器内部将LD和背向光检测器PD集成在一起，见图2。其中，LD有2个光输出面，主光输出面输出的光供用户使用，次光输出面输出的光(即背向光)被光电二极管PD接收，所产生的光电流用于监控LD的工作状态。背向光检测器的监测电流与主输出面光输出功率呈线性关系，根据背向光检测器对LD的耦合特性，可设计适当的外围电路完成对LD的自动光功率控制。
2 LD驱动控制电路设计
由图3可以看出：LD与监测二极管是集成在一起的元器件。流入LD的电流经过APC电路的预偏置电流。APC电路通过电流负反馈电路抑制由于温度变化、器件老化等引起的光功率的变化。APC电路部分采用背向光反馈自动偏置控制方式，即用半导体激光器组件中的PD光电二极管监测LD背向输出的光功率。因为背向输出光功率能跟踪前向输出光功率的变化，通过闭环控制系统就可以调节激光器的电流，达到输出稳定光功率的目的。
图4所示的APC电路由运算放大器1，2和晶体管Q1以及外围电路组成，该电路是一个以三极管为核心的负反馈系统，具有自动稳定激光器光输出功率的功能。反馈取自LD的背向光，由背向光监测二极管检出并转换成相应的电流，经电容器C1滤波后，进入运放的反向输入端，将电流信号转换成电压信号V1。运放的同向输入端由LM336和运放组成的+2.5 V稳定基准源及变位器R5组成。基准电压的输出为V2，可以通过变位器进行调节。
在给驱动电路加上电压的瞬间，会产生一个较大的冲击电流，瞬间电流的大变化会影响半导体激光器的使用寿命。此外，一般情况下，电源电压都是由交流220 V经变压整流提供给驱动电路电压，外部串入的干扰信号也会产生瞬间的大电流，这样，长期工作也会影响半导体激光器的使用寿命。
基于这种情况，在设计中引人慢启动电路，即在基准源的输入端并接二极
管和电容，其中的电容在10～470μF左右，其最佳值在22～47μF。这样，驱动电路不受电源电压的干扰，具有慢启动效果，使激光器不会受到每次开启电源时产生的过流冲击，延长了激光器的使用寿命。
APC电路控制过程如下：当由于某种原因，使LD的输出光功率降低时，耦合至光电二极管的电流也同比例减小，即V1减小，这样，通常状态下的平衡被打破，使得运放1输出端的电压即V3将会增大，于是，三极管Q1的基极电流增大，集电极电流也随之增大，而集电极电流正是流入LD的电流。因此，流入激光器的电流增大，输出光功率相应增大，从而使输出光功率保持不变;反之，亦然。
根据本传感器的激光器的性能参数，选择合适的电阻电容进行匹配，调节电位器，可以得到不同的光功率输出值。图5是在室温(25℃)下进行的实验曲线图，从图中可以看出：该光纤传感器LD光源的阈值电流在8 mA左右，稳定工作在10～30mA之间。输出功率与驱动电流在大于阈值电流后呈较好的线性关系。正常工作时能输出-0.1，-1，-2，-5，-10 dB等可调的稳定的光功率值。电路中的参数配置，使流入LD的电流不会超过其极限值。
实验证明：该设计电路正确可行，基于背向监测器的自动光功率反馈保证了光纤传感器能够在功率恒定的情况下正常工作。
3 结论
本文所设计的驱动电路，通过慢启动和功率自动控制电路解决了激光器在使用中输出功率不稳定的问题，其稳定度优于0.5%，达到了较好的稳流效果。本文中的光纤传感器是应用于液氮的低温环境下，本次实验是在室温下进行，将其耦合器和其驱动电路部分通过光纤引出处于室温(25℃)下，温度变化不是很大，因此，没有引入温度补偿控制电路。下一步实验将使光纤传感器处于液氮的低温环境下工作，温度波动较大，需要考虑加入自动温度补偿电路，实现恒温控制。
激光器设计原理讲解
引言 光纤传感器自20世纪70年代以来，以其具有的灵敏度高、耐腐蚀、抗电磁干扰能力强、安全可靠等特点取得了飞速的发展。同时，这些特性也使它可以实现某些特殊条件下的测量工作，比起常规检测技术具有诸多优势，是传感技术发展的一个主导方向。 作为光纤传感器中关键的光学元件之一的光源，其稳定度直接影响着光纤传感器的准确度。本文所涉及的光纤传感器采用的是半导体激光器光源，半导体激光器具有单色性好、方向性好、体积小、光功率利用率高等优点，但是，光功率输出受外界环境变化的影响较大。因此，本文针对半导体激光光源的工作原理和特性，设计了一种简单可行的自动功率控制(APC)驱动电路，通过背向监测光电流形成反馈，实现恒功率控制。并且，引入了慢启动电路，防止电源电压的干扰，使激光器不会受到每次开启电源时产生的过流冲击，延长了激光器的使用寿命。经实验验证，该电路解决了激光器在使用中输出功率不稳定的问题，其稳定度优于0.5%，达到了较好的稳流效果。 1 光源的工作原理和特性 目前，实际应用的光源有表面光发射二极管(LED)、激光二极管(LD)、超辐射二极管(SLD)、超荧光光源(SFS)等。随着光纤传感技术的迅速发展，体积小、质量轻、功耗小、容易与光纤耦合的LD等半导体光源应用越来越广泛。本文主要研究半导体LD的驱动设计。 1.1 LD发光机理分析 LD的基本结构为：垂直于PN结面的一对平行平面构成法布里-珀罗谐振腔，它们可以是半导体晶体的解理面，也可以是经过抛光的平面。其余两侧面则相对粗糙，用以消除主方向外其他方向的激光作用。当半导体的PN结加有正向
电压时，会削弱PN结势垒，迫使电子从N区经PN结注入P区，空穴从P区经过PN结注入N区，这些注入PN结附近的非平衡电子和空穴将会发生复合，从而发射出波长为λ的光子，其公式 λ=hc/Eg， (1) 式中 h为普朗克常数;c为光速;Eg为半导体的禁带宽度。 如果注入电流足够大，则会形成和热平衡状态相反的载流子分布，即粒子数反转。当有源层内的载流子在大量反转情况下，少量自发辐射产生的光子由于谐振腔两端面往复反射而产生感应辐射，造成选频谐振正反馈，或者说对某一频率具有增益。当增益大于吸收损耗时，就可从PN结发出方向性好、相干性强、亮度高、频带窄的激光。LD除了具备一般激光的相干性好、方向性强、发散角小、能量高度集中外，还具有光电转换效率高、输出功率大、体积小、重量轻、结构简单、抗震性强等特点。 1.2 LD输出特性 图1是一种典型的半导体激光器在不同温度下的输出功率与正向驱动电流的关系曲线。为了便于看清楚，图中底部的近似直线部分有意抬高了一些。由图1中可以看出：当驱动电流低于阈值时，激光器只能发射出荧光，只有当驱动电流大于激光器的阈值电流时，激光器才能正常工作发出激光，因此，要使LD发射激光，就要供给LD略大于阈值电流的工作电流。而且，LD的阈值电流受温度的影响，温度越高，相应的阈值电流越大。在某一温度下，当驱动电流低于阈值电流时，输出光功率近似为零;当驱动电流高于阈值时，输出激光，光输出功率随着驱动电流的增大而迅速增加，并近似呈线性上升。
激光打标机基本原理讲解
第一章激光器原理 可以肯定地说:本世纪最后的伟大发明之一是激光技术。它自一九五八年问世以来,已经逐步地然而是坚定地渗透到了科研、军事、工业等各个领域。不是吗?看看我们的周围,你就可以轻易地找到它应用的实例:医院中的激光诊断及激光治疗机、商店中的条码识别器、办公室中的激光打印机、把我们与世界各地联结在一起的光纤等等, 就是在我们的家中也有它的身影:激光唱机、激光影碟机。 人类发明了多种多样的激光器。诸如:气体激光器 (He-Ne 激光器、 CO 2激光器等、固态晶体激光器(红宝石激光器、钕玻璃激光器等、离子激光器(氪离子激光器、氩离子激光器等、染料激光器(甲酚紫激光器、萤光素激光器等、超辐射激光器(氮分子激光器等以及半导体激光器(砷化镓半导体二极管等等等。 在世界的许多地方,几乎所有的商品激光器都在制造业中得到越来越广泛的应用。 CO 2激光器的主要用途就是各类工业激光加工设备,作为固态晶体激光器的Nd: YAG(掺钕钇铝石榴石激光器的最大应用便是在激光打标领域。 1.1 激光原理 我们知道,物质是由原子组成的,而原子是由带正电的原子核和带负电的核外电子组成的(见图 1.1 。每一个电子都沿着自己特定的轨道绕原子核高速旋转,其旋转半径决定于电子所处的能级。原子吸收能量后,电子的旋转半径会增加,电子的能级就会提高;原子释放能量后,电子的旋转半径会减小,电子的能级就会降低。每个能级对应着一个特定的能量。电子所具有的能量是不连续的,也就是说原子的能级是量子化的。原子只有吸收了两个能级之间差值的能量才会提高一个能级,电子在能级之间的变动现象称为跃迁。同样,当原子跃迁到较低能级时,会释放出两个能级之间差值的能量。原子的最低能级为 E0,高的能级依次为 E1、 E2、 E3、… … ,高的能级称为上能级,低的能级为下能级。处在能级 E0的原子称为基态原子,其它能级称为激发态(见图 1.2 。 原子可以吸收光子来获得能量,当然这个光子必须具有与原子能级差相
半导体激光器的原理
半导体激光器的原理 一、半导体激光器概述 半导体激光器，也称为二极管激光器或固态激光器，是一种基于半导体的光放大器。其核心部分是一个PN结，当电流注入时，电子与空穴在结区结合，释放出能量，并以光子的形式辐射出去。半导体激光器的显著特点包括体积小、寿命长、功耗低、光谱线宽窄、调制带宽大等。在过去的几十年里，半导体激光器经历了飞速的发展，现已广泛应用于通信、医疗、军事、工业等领域。 二、能级结构和工作原理 半导体激光器的能级结构由基态、激发态和连续态组成。基态是低能态，也称为电子的“无辐射跃迁”态；激发态是高能态，电子在此状态下可以释放出光子；连续态是介于基态和激发态之间的状态，电子可以在此状态和基态之间跃迁。 当电流注入半导体时，电子和空穴在PN结区域复合，释放出能量。如果这个能量等于或超过阈值（即足以激发电子跃迁到激发态的能量），则电子从基态跃迁到激发态。在激发态上，电子会与空穴结合形成光子，当这些光子在半导体晶体中产生足够强的相干光时，就会产生激光输出。 三、关键参数和技术指标 1.阈值电流：阈值电流是指开始产生激光输出的最小电流。降低阈值电流可以提高半导体激光器的性能。 2.波长：波长是衡量半导体激光器性能的重要参数，它决定了激光的频率和颜色。不同波长的激光有不同的应用领域。
3.输出功率：输出功率决定了激光器的亮度或强度。提高输出功率可以提高激光器的应用范围。 4.调制速度：调制速度是指激光器输出功率随时间变化的速度。高速调制速度可以提高数据传输速率。 5.光谱线宽：光谱线宽是指激光器输出的光谱范围。线宽越窄，光谱质量越高。 6.可靠性：由于半导体激光器中的PN结在工作时会产生热量，导致结温升高，这可能会影响其可靠性。因此，如何有效散热和控制温升是提高半导体激光器可靠性的关键。 四、应用领域和未来发展方向 1.通信领域：半导体激光器在光纤通信中发挥着重要作用，用于实现高速数据传输和大容量通信系统。随着5G和未来的6G通信技术的发展，对高速调制和大容量通信系统的需求将进一步增加，这将推动半导体激光器技术的进步。 2.显示领域：半导体激光显示技术以其高亮度、高对比度、高色彩饱和度和快速响应等优点成为新一代显示技术的重要发展方向。随着显示技术的发展和消费者对高品质显示体验的需求增加，半导体激光显示的应用前景将更加广阔。 3.医疗领域：半导体激光器在医疗领域的应用包括激光手术、光动力疗法、生物组织检测等。随着医疗技术的进步和对个性化治疗的需求增加，半导体激光器的应用将更加广泛。
激光器的工作原理
激光器的工作原理 现代很多领域中都使用了激光器，激光器在很多设备中都发挥着核心作用。今天我们一起学习一下激光器的工作原理。 一、光与物质的三种相互作用 根据量子力学，原子中的电子有固定轨道和能级，能级间的能量量子化。当物质受到光的辐照时，光与物质（原子、分子、电子等）相互作用，存在三种光跃迁过程（three optical transition processes）: 受激吸收、自发辐射、受激辐射。 1、受激吸收stimulated absorption 受激吸收，一般称为吸收，原子中的电子吸收外来光场中的光子，从低能级跃迁至高能级，满足hv=e2-e1,（受激）吸收使外来光子数减少。 跃迁几率（跃迁概率）为b12u(v)n1 ，其中b12为爱因斯坦b系数，u(v)为光场，n1为低能级上的粒子数。可见受激吸收与光场和低能级的粒子数有关系。 2、自发辐射spontaneous emission 自发辐射，激发态的粒子在初态处于高能级，处于不稳定，向低能级跃迁，跃迁过程中辐射出光子，光子频率满足hv=e2-e1。 自发辐射的跃迁几率（transition probalility）为a21n2，其中a21为爱因斯坦a 系数，n2为高能级上的粒子数。可见自发辐射与高能级的粒子数有关系。a21的物理意义是指单位时间内发生自发辐射的粒子数密度，占e2能级总粒子数密度的百分比，即每一个处于e2能级的粒子在单位时间内发生的自发跃迁几率。 3、受激辐射stimulated emission 外来光子辐照至高能级的粒子，粒子结果产生向低能级跃迁，同时辐射出一个光子，这个光子与外来的入射光子波长频率一致，满足hv=e2-e1。受激辐射的光子与外来光子的特性完全相同，即具有相同的频率、偏振方向、传播方向以及相同的相位。 这样，输入一个光子，输出变成了两个状态完全相同的光子，并且这两个光子可再作用于其他粒子，继续引起受激辐射，从而获得大量特征完全相同的光子。即实现了光放大作用。 受激辐射跃迁几率为b21u(v)n2，b21爱因斯坦b系数，受激辐射系数，u(v)为光场，n2为高能级上粒子数。可见，受激辐射与光场和处于高能级的粒子数有关。 4、受激辐射与自发辐射的区别 受激辐射光有完全相同的相位关系，为相干光(coherent)，例如激光。 自发辐射光没有固定的相位关系，为非相干（incoherent）,例如灯泡和蜡烛发光。
激光器的设计与制作
激光器的设计与制作 激光器是一种产生和放大一束相干光的装置，被广泛用于科学研究、 医疗、通讯和工业领域。激光器的设计与制作涉及多个方面，包括激光介 质的选择、光学器件的设计和激光束的控制等。在本文中，将介绍激光器 的一般设计和制作流程。 激光器的设计首先需要选择合适的激光介质。常见的激光介质包括气体、固体和半导体等。不同的激光介质具有不同的波长和功率输出范围， 选择合适的激光介质是激光器设计的基础。在选择激光介质时，需要考虑 到使用环境、应用需求和成本等因素。 激光器的核心部件是激光腔，在激光腔中实现光的受激辐射放大过程。激光腔通常包括激光介质、光学器件和反射镜等。激光介质放置在腔内， 光学器件用于耦合和调整光束，反射镜用于反射光束。激光腔的设计需要 考虑光学器件的选型和位置，以及反射镜的反射率和位置等参数。 激光器的工作原理是通过激发激光介质中的原子或分子，使其跃迁到 高能级，并在受激辐射的作用下发射出一束相干光。为了实现这一过程， 激光器通常需要使用泵浦源来提供能量。泵浦源可以是光源或电源，其目 的是提供足够的能量激发激光介质。 激光器的制作需要进行精确的光学设计和工艺过程。首先，需要使用 光学设计软件对激光器进行模拟和优化。通过调整激光腔的参数和光学器 件的位置，可以得到良好的激光输出特性。然后，根据设计结果制作激光 器的实体结构。制作过程包括材料选择、加工和装配等。需要注意的是， 激光器的制作过程需要保持高度的纯净度和精确性，以确保激光器的性能 和可靠性。
除了激光器的设计和制作，还需要进行激光束的控制和调整工作。光束的控制包括对光束的聚焦、调整和稳定等。这通常通过使用透镜、扫描器和稳定装置等光学器件来实现。激光束的控制是激光器应用中至关重要的一步，它直接影响到激光器在不同领域的应用效果和效率。 总结起来，激光器的设计与制作是一个复杂而精细的过程。它需要选取合适的激光介质，设计激光腔和光学器件，进行激光器的制作，并对激光束进行控制和调整。激光器的设计和制作涉及到多个学科的知识，包括物理学、光学和材料科学等。只有经过精心设计和制作的激光器才能够达到预期的性能和可靠性。
激光的原理及激光器分类
激光器的原理及分类 一、根底原理 量子理论认为，所有物质都是由各种微观〞粒子〞组成,如分子,原子,质子,中子,电子等。在微观世界里,各种粒子都有其固有的能级构造。当一个粒子从高能级掉到低能级时，根据能量守恒定律，它要把两个能级相差局部的能量释放出来，通常这个能量以光和热两种形式释放出来。 二、自发辐射、受激辐射 1、自发辐射 普通常见光源的发光〔如电灯、火焰、太阳等地发光〕是由于物质在受到外来能量〔如光能、电能、热能等〕作用时，原子中的电子就会吸收外来能量而从低能级跃迁到高能级，即原子被激发。激发的过程是一个"受激吸收〞过程。但是处在高能级〔E2)的电子寿命很短〔一般为10－8～10－9秒〕，在没有外界作用下会自发地向低能级〔E1〕跃迁，跃迁时将产生光〔电磁波〕辐射。辐射光子能量=E2-E1。过程各自独立、互补关联，所有辐射的光在发射方向上是无规律的射向四面八方，并且频率不同、偏振状态和相位不同。 2、受激辐射 在原子中也存在这样一些特定高能级，一旦电子被激发到这个高能级之上，却由于不满足跃迁的条件，发生跃迁的几率很低，电子能够在高能级上的时间很长，就所谓的亚稳定状态。但在能在外界光场的照射下发生往下跃迁，并且向下跃迁时释放出一个与射入光场一样的光子，在同一个方向、有同一个波长。这就是受激辐射，激光正是利用这一原理激发出来。 二、粒子数反转
通过受激辐射出来的光子，不仅可以引起其他粒子受激辐射，也可以引起受激吸收。只有在处于高能级的原子数量大于处于低能级原子数时，所产生的受激辐射才能大于受激吸收。但是在自然条件下，原子都是都处于稳定的基态，只能通过技术手段将大量的原子都调整到高能级的状态，才能有多余的辐射向外产生。这个技术叫粒子数反转。 三、光放大过程 通过粒子数反转后，其中一个粒子首先在外界光场的照射刺激下，对外发出了一个光子，这个光子又刺激其他粒子再次对外发射光子，并且方向一样，波长一样。但是这样放大的光还不够强。科学家设计了一个光学偕振腔〔两片反射玻璃，一片100%反射、一片接近100%反射〕，通过反复反射，将光强度进一步扩大。 四、激光器构成 1、工作介质。可以是气体、液体、固体、或者半导体。在这些介质中存在亚稳定状态，可以实现粒子数反转，以获得制造激光的必要条件。 2、鼓励源。用于去鼓励原子体系，使处于上能级的粒子数量增加。有电鼓励、光鼓励、热鼓励。俗称泵浦源。 3、谐振腔。用于放大光辐射，并调节激光波长。 五、激光的特点 1、方向直。激光的发光方向可以限制在小于几个毫弧度立体角度，照射方向上的照度比普通光提高千万倍。激光准直、导向和测距就是利用方向性好的特点。 2、亮度高。一台大功率激光器输出的亮度只有氢弹爆炸瞬间的闪光才能与之相比。由于亮度高度集中，容易在某一微小电出产生高压和几万摄氏度甚至几百万
激光器设计原理讲解
激光器设计原理讲解 激光器是一种将能量转换成激光光束的装置。其设计原理基于受激辐 射的概念，即在一个具有激发态和基态的原子系统中，如果一些原子由外 部输入的能量激发到激发态，当它返回到基态时会发射出一束相干的光子。激光器的设计目标是实现强度足够高、空间相干性好以及波长窄的激光光束。 激光器的基本构成包括激发源、谐振腔和输出耦合装置。其中，激发 源用于提供能量给激光介质，常见的激发源包括电子、光子、离子等。谐 振腔是激光产生的地方，可以在其中放置激光介质，由两个或多个互相反 射的镜面构成。输出耦合装置用于控制激光光束从谐振腔中输出，它通常 是一个半透明的镜子。 激光器的工作过程可以分为三个阶段：激发、增益和输出。首先，激 光器的激发源向激光介质提供能量，将其激发到激发态。在激发态中，原 子与其他原子相互作用，经过一系列的碰撞和能级跃迁，最终有一部分处 于较高能级的原子返回到基态。在原子从激发态返回到基态的过程中，会 发射出一束具有特定波长和相干性的光子。这样，激发源输入的能量通过 增益介质的受激辐射过程被转换成激光光束。 增益介质是激光器的核心部分，它决定了激光器的特性。增益介质可 以是固体、液体、气体或半导体等。在增益介质中，原子的能级分布决定 了激光的波长。激光器根据所采用的增益介质的种类和能级结构的特点， 可以获得不同波长的激光光束。此外，增益介质还需要具有足够的光学增益，以确保激光光束经过数次来回反射后仍能保持足够的强度。
谐振腔是为了增强激光的放大效应而设计的。它通常由两个反射率较 高的镜片构成，一个是输入耦合镜，另一个是高反射镜。激光光束在谐振 腔中来回多次反射，并经过增益介质的多次受激辐射，从而不断被放大。 谐振腔的设计需要使得激光光束在谐振腔中的光路尽可能多，以增强激光 的增益效应。 最后，输出耦合装置控制激光光束从谐振腔中输出。输出耦合装置通 常是一个半透明的镜子，它部分透过激光光束，部分反射回谐振腔。通过 调节输出耦合装置的反射率，可以控制激光器的输出功率。此外，可以通 过调整输出耦合装置的位置和角度来改变激光光束的输出特性，例如控制 光束的方向、焦距和扩束角度等。 总结起来，激光器的设计原理基于受激辐射的过程，通过将能量转换 为激光光束实现。激光器的基本构成包括激发源、谐振腔和输出耦合装置。激发源向激光介质提供能量激发原子到激发态，经过增益介质的多次受激 辐射后，光子从激发态返回到基态时发射出一束激光光束。谐振腔增强了 激光光束的放大效应，输出耦合装置控制激光光束从谐振腔中输出。通过 设计不同的增益介质和调整谐振腔的参数，可以实现不同波长、功率和输 出特性的激光器。
激光器的工作原理及应用
激光器的工作原理及应用 激光器是一种能够产生高度聚焦、单色、相干和高能量的光束的装置。它的工作原理基于光的受激辐射过程，通过在激光介质中产生受激辐射，使得光子得以放大并产生激光。 激光器的工作原理可以简单概括为以下几个步骤： 1. 激发：激光器中的激发源（如电流、光或化学反应等）向激光介质中输入能量，使其处于激发态。 2. 受激辐射：当激光介质中的原子或分子处于激发态时，它们会受到外界的一个光子刺激，从而跃迁到一个较低的能级，并释放出与刺激光子相同频率和相位的光子。 3. 反射：在激光介质两端设置反射镜，使得光子在介质中来回多次反射，增加光子数目和能量。 4. 放大：由于反射镜的存在，光子在介质中来回反射时会逐渐受到受激辐射过程的放大，从而形成激光。 5. 输出：当激光放大到一定程度时，其中一端的反射镜会被设计成半透明镜，使得部分光子能够通过该镜逸出，形成激光输出。 激光器的应用非常广泛，以下是一些常见的应用领域： 1. 切割和焊接：激光器的高能量和聚焦性能使其在金属切割和焊接领域得到广泛应用。激光切割可以精确切割各种材料，而激光焊接可以实现高效、精确的焊接过程。
2. 医疗领域：激光器在医疗领域有多种应用，如激光手术、激光治疗、激光美 容等。激光手术可以精确切割组织，减少出血和伤口，提高手术效果。激光治疗可以用于疾病的诊断和治疗，如激光眼科手术、激光皮肤治疗等。 3. 通信和信息技术：激光器在光通信和信息技术领域有重要应用。激光器可以 产生高速、稳定的光信号，用于光纤通信、激光打印、激光显示等。 4. 科学研究：激光器在科学研究中起到了重要的作用。激光器可以用于光谱分析、光学显微镜、激光干涉仪等实验装置，帮助科学家们研究和理解光的性质和物质的结构。 5. 激光雷达：激光雷达利用激光器发射出的激光束来测量目标物体的距离、速 度和方向。激光雷达在测距、制导导航、环境监测等领域有着广泛的应用。 6. 激光制造：激光器在制造业中有着重要的应用，如激光打标、激光刻蚀、激 光打孔等。激光制造可以实现高精度、高效率的加工过程，广泛应用于汽车制造、电子制造、航空航天等行业。 总结起来，激光器的工作原理基于光的受激辐射过程，通过激发、受激辐射、 反射、放大和输出等步骤产生激光。激光器在切割和焊接、医疗、通信和信息技术、科学研究、激光雷达、激光制造等领域都有着广泛的应用。随着技术的不断进步，激光器将在更多领域发挥重要作用，为人类带来更多便利和创新。
激光器的设计与性能分析
激光器的设计与性能分析 激光器是一种能够产生高强度、高能量、高相干度、高单色性、高直线度、高 稳定性、高空间一致性和高重复性的光源，已经广泛地应用于工业、医疗、军事、通信等领域。激光器的设计与性能分析是激光器技术研究的重要方向。 一、激光器的设计 激光器的设计是指根据一定的物理原理和技术手段，设计出符合特定需求的光源。激光器的设计包括激光谐振腔的设计、激光介质的选择、泵浦源的选择、光学元件的设计等。 1.激光谐振腔的设计 激光谐振腔是产生激光的重要部件，是由两块反射镜和激光介质组成的。激光 谐振腔的设计首先需要考虑腔长，腔长的选择直接影响激光输出的波长和频率。其次需要确定反射镜的反射率，反射率决定了激光放大和光学损耗的程度。最后需要考虑反射镜的曲率和相对位置，这决定了激光的空间模式和功率输出特性。 2.激光介质的选择 激光介质是产生激光的核心部件，其种类决定了激光的波长、频率、放大程度等。激光介质的选择需要考虑吸收光子的截面积、吸收和发射跃迁的概率、寿命等因素。常见的激光介质有固体激光介质、气体激光介质和液体激光介质。 3.泵浦源的选择 激光的能量来自于泵浦源，泵浦源的选择和设计是影响激光器输出性能的关键 因素之一。泵浦源的功率、泵浦光的波长、波动和稳定性都会影响激光输出的能量、频率和时间分布。常见的泵浦源有氙灯、二极管激光器、固态激光器、调Q激光 器等。
4.光学元件的设计 激光器中使用的光学元件包括棱镜、偏振片、反射镜等。这些元件的选用和设 计主要影响激光输出的空间模式、横向和纵向模式匹配度、波长和频率等特性。根据具体的需求，例如频率稳定性、空间一致性、单色性、高功率输出等，可以通过设计不同的光学元件，并将其组成不同的谐振腔结构，来满足不同的需要。 二、激光器的性能分析 激光器的性能分析是指对激光输出的各项参数进行测量和分析，主要包括输出 功率、波长、光束质量、光束方向、空间模式、波前质量等。 1.输出功率 激光器的输出功率是指单位时间内激光器所输出的能量，直接关系到激光器的 功率密度和输出能力。输出功率的测量需要使用功率计，直接测量准确度高。 2.波长 激光器的波长是指激光器输出光的波长，波长的选择影响激光在不同介质和材 料中的传播性质。波长可以通过光谱仪来测量，精度达到0.1nm。 3.光束质量 激光器的光束质量是指光束的大小、方向和相干性，它直接关系到激光在不同 材料中的传播和聚焦特性。光束质量的测量需要使用波前传感器和光束质量分析仪。 4.光束方向 激光器的光束方向是指光束的传播方向和横向模式、纵向模式的一致性。光束 方向的测量需要使用激光干涉仪和自适应光学系统。 5.空间模式
光纤激光器的基本结构和工作原理
光纤激光器的基本结构和工作原理 一、光纤激光器的基本结构 光纤激光器是一种利用光纤作为光学谐振腔的激光器。它由光纤、泵浦光源、谐振腔和输出耦合器件组成。 1. 光纤：光纤作为光传输的介质，具有较高的光学质量和较低的损耗。它通常由二氧化硅或氟化物等材料制成。 2. 泵浦光源：泵浦光源是提供激发能量的装置，常见的泵浦光源有半导体激光器、氘灯等。泵浦光源通过能级跃迁将电能转化为光能，将光纤中的掺杂物激发至激发态。 3. 谐振腔：谐振腔是产生激光放大的空间，由两个反射镜构成，其中一个是部分透射的输出耦合镜。谐振腔中的光纤被反射镜反射多次，形成光学谐振，增强光的幅度。 4. 输出耦合器件：输出耦合器件是将放大的激光从谐振腔中输出的装置，常见的输出耦合器件有反射镜、光栅等。它通过调节输出耦合器件的透射率，实现激光的输出。 二、光纤激光器的工作原理 光纤激光器的工作原理是基于激光的受激辐射过程。其工作过程主要可以分为三个步骤：泵浦、光放大和激射。 1. 泵浦：泵浦光源产生的高能量光通过耦合装置输入光纤，激发光
纤中的掺杂物（如铥、镱、铍等）的原子或离子跃迁到激发态，形成一个能级反转。 2. 光放大：光纤中的激发态粒子通过受激辐射过程，发射出与泵浦光源相同频率和相干相位的光子。这些光子经过多次反射，在谐振腔中不断放大，形成光的增强。 3. 激射：当光的增益超过谐振腔的损耗时，光纤激光器开始产生激射。激射的激光经过输出耦合器件，部分透射出光纤，形成激光输出。 光纤激光器的工作原理可以通过能级图来解释。在泵浦过程中，泵浦光源提供的能量使得光纤中的掺杂物原子或离子跃迁到激发态。在光放大过程中，激发态粒子通过受激辐射过程，发射出与泵浦光源相同频率和相干相位的光子。这些光子通过多次反射，在谐振腔中不断受到增益介质的放大。当光的增益超过谐振腔的损耗时，光纤激光器开始产生激射，形成激光输出。 光纤激光器具有很多优点，如小型化、高效率、高质量光束、稳定性好等。它在通信、材料加工、医疗、测量和科研等领域有着广泛的应用。同时，光纤激光器的基本结构和工作原理也为进一步的光纤激光器的研究和发展提供了基础。
超快激光器原理(一)
超快激光器原理(一) 超快激光器：将光速与时间的竞速 引言 •人们对速度的追求从未停止，超快激光器作为目前世界上速度最快的现象之一，引起了人们的广泛关注。 超快激光器的基本原理 •激光器是一种产生具有高纯度和高亮度的光的装置，将一束光经过放大和激励得到的放射性光线聚焦到一个非常小的点上。而超 快激光器则是在纳秒甚至飞秒级别下实现的激光器。 1. 激光的产生 •通过光学谐振腔，将具有特定频率的光线来回多次反射放大，其中一部分经过放大又返回激发其他的原子或分子，从而产生连锁 反应，大量光子得到放大，最终形成激光。 •激光的产生涉及光的受激辐射、光的放大和波长选择等基本原理。 2. 超快激光的产生 •超快激光的产生是利用激光脉冲压缩技术，缩短激光的时间宽度，从而获得高功率的超短脉冲光。
•利用超快激光器产生的极短的时间尺度，可以实现对光与物质相互作用的研究，例如光谱学、生物学和化学等领域。 超快激光器的应用领域 •超快激光器在众多领域具有广泛应用，以下列举几个典型的应用领域。 1. 生物医学 •超快激光器可以用于生物体内组织的显微成像，例如利用脉冲的超短时间尺度可以实现细胞的高分辨率成像。 2. 材料科学 •超快激光器可以用于材料的加工和改性，例如在纳米材料制备过程中，可以利用超快脉冲来控制材料的结构和性能。 3. 光学通信 •超快激光器在光纤通信中起着重要作用，例如用于高速数据传输和光纤通信设备的校正。 4. 物理研究 •超快激光器可用于研究基本物理现象，例如粒子物理的研究和量子力学的实验验证。
结语 •超快激光器作为一种前沿技术，不仅在科学研究中发挥着重要的作用，也在众多应用领域带来了巨大的变革。相信随着技术的不断发展，超快激光器将为人类带来更多惊喜！ 超快激光器的原理解析 1. 原理概述 •超快激光器的原理基于激光放大器和自发辐射的原理，通过控制激光器的腔长和激光晶体的吸收特性，实现超快脉冲的产生。2. 激光放大器的原理 •激光放大器是超快激光器中的核心组件，它通过受激辐射和吸收辐射的过程实现激光的放大。 •首先，激光器中的活性介质（如Nd:YAG晶体）被泵浦光激发，使其电子从基态跃迁到激发态。随后，激光器中的激发态电子能级受到外界光的刺激，进行受激辐射跃迁，从而产生相干光。这些光在光学谐振腔中多次反射放大，最终形成强光。 3. 自发辐射的原理 •自发辐射是激光器中的一个重要过程，它是指激光介质中的原子或分子在外界刺激下自发地从激发态跃迁到较低的能级时释放出的光。
激光器设计与制造
激光器设计与制造 #1. 引言 激光器是一种能够将能量集中到一个非常小的区域的设备。它不仅在工业生产 中应用广泛，也被广泛用于医疗、科学和军事领域。因此，激光器的设计和制造变得越来越受到人们的关注和重视。本文将介绍激光器的设计和制造过程。 #2. 激光器的基本原理 激光器的工作原理基于放电激发物质产生辐射。辐射通过通过反射镜反复传播，在压缩光的波长和频率之后被放大。激光器最终产生了足够的光强，足以切割金属或是扫描条形码。 激光器的基本结构包括激光介质、激光谐振腔、光学反射镜和能量泵浦。激光 介质是激光产生的核心，它可以是气态、液态或固态材料。激光谐振腔是一个封闭的结构，它由两个端口和两面反射镜组成，用于反复反射激光。最后，能量泵源通过放电或电磁激发来提供激光介质的能量。 #3. 激光器的设计和制造 激光器的设计和制造需要进行多个步骤，包括材料选择、设计、优化和制造。 ##3.1 材料选择 激光介质的选择非常关键。目前常见的介质有二氧化碳、氪氖、钕玻璃、半导 体等多种。选择激光介质时需要考虑以下几个因素：热稳定性、互易性、吸收截面、波长范围和光学损耗。 ##3.2 设计
设计激光器需要考虑激光介质、激光谐振腔、激光泵浦和反射镜等方面。设计阶段需要对所有组件进行模拟和优化。最终的设计方案需要满足要求，包括激光功率、波长、波束直径、光斑直径、频宽等。 ##3.3 制造 制造激光器需要进行下列步骤： 1. 制备激光器介质，通常采用冶炼或化学气相沉积（CVD）等方法。 2. 制造激光谐振腔，包括端镜和反射镜。 3. 制造激光器泵浦，可以采用氙灯、二氧化碳激光或其他方式。 4. 组装并测试激光器。 #4. 应用领域 激光器的应用广泛，主要包括以下几个领域： ##4.1 工业生产 激光器在工业生产中应用广泛，可以用于切割、打孔、标记、雕刻等。比如，激光器可以用于制造汽车零件、金属制品、电子元器件等。 ##4.2 科学研究 激光器在科学研究中应用广泛，可以用于实现原子和分子的激发、冷却、操纵和控制。比如，激光器可以用于研究量子计算、太阳能电池、纳米材料等。 ##4.3 医疗行业 激光器在医疗行业中应用广泛，可以用于治疗皮肤病、癌症、白内障等病症。激光器治疗具有微创性、操作简便、恢复快等优点。 ##4.4 军事领域
各种激光器的原理及应用
各种激光器的原理及应用 1. 激光器的基本原理 激光器（Laser）是一种利用受激辐射原理产生高度聚焦、单色、相干光的光源。其基本原理主要包括： •受激辐射：当介质中的原子或分子处于激发态时，如果受到外界射入的同样频率的光子激发，将发生受激辐射现象。此时，受激辐射的光子与外界注入的光子具有相同频率、相同相位和相同方向，形成相干光。 •光放大：经过受激辐射形成的相干光在光学谐振腔中反复多次反射，不断被吸收和放大，最终产生高度聚焦、高强度的光束。 •波长选择：激光器的工作波长是由谐振腔内的光学元件（如半导体、液体、气体等）的性质决定的。 2. 类别及应用 2.1 气体激光器 气体激光器是一种以气体为活性介质的激光器，主要包括： •氦氖激光器：工作波长为632.8纳米，常用于医学、测量、显示等领域。 •二氧化碳激光器：工作波长为10.6微米，主要应用于工业加工、医学手术、激光打印等领域。 2.2 固体激光器 固体激光器是一种以固体为活性介质的激光器，主要包括： •Nd:YAG激光器：工作波长为1064纳米，被广泛应用于通信、材料加工、医学等领域。 •钛宝石激光器：工作波长为700至1100纳米，常用于生物医学、化学分析和科学研究等领域。 2.3 半导体激光器 半导体激光器是一种以半导体材料为活性介质的激光器，主要包括： •二极管激光器：工作波长范围广泛，从不可见光到近红外光均可实现，广泛应用于通信、显示、雷达、光存储等领域。
•垂直尺寸结构激光器（VCSEL）：具有低功耗、小尺寸、高速传输等特点，被广泛用于光通信、生物测量、光传感等领域。 2.4 光纤激光器 光纤激光器是一种将活性介质置于光纤内部的激光器，主要包括： •光纤光栅激光器：利用光纤光栅将激光器束聚焦到光纤芯心处，广泛应用于光纤通信、光纤传感、激光雷达等领域。 •偏振保持光纤激光器：通过特殊设计的光纤结构使激光器输出光的偏振状态得到保持，用于光通信、光测量等领域。 3. 总结 不同种类的激光器原理和应用不同，合理选择激光器种类对于进行特定的实验 或工作具有重要意义。气体激光器适用于医学、测量和显示等领域；固体激光器适用于通信、材料加工和医学领域；半导体激光器适用于通信、显示和光储存等领域；光纤激光器适用于通信、传感和雷达等领域。不同激光器的不同工作波长和特性可以满足各种不同应用领域的需求，为现代科学技术的发展做出了重要贡献。
激光原理及应用 光纤激光器介绍
光纤激光器介绍-- 一．光纤激光器的原理简洁 光纤激光器是指以光纤为基质掺入某些激活离子作做成工作物质,或者是利用光纤本身的非线性效应制作成的一类激光器.Nd2o3的光纤激光器是于1963年首先研制成功。 与普通激光器一样,光纤激光器也由工作物质、谐振腔和泵浦源组成,如图所示。一般的光纤激光器大多是在光纤放大器的基础上发展起来的。它是利用掺杂稀土元素的光纤,再加上一个恰当的反馈机制便形成了光纤激光器。掺杂稀土元素的光纤就充当了光纤激光器的增益介质。在光纤激光器中有一根非常细的光纤纤芯,由于外泵浦光的作用,在光纤内便很容易形成高功率密度,从而引起激光工作物质能级的粒子数反转,从纤芯输出激光。依据掺杂离子(如Ｅｒ3+、Ｙｂ3+、Ｎｄ3+等)特性的不同,工作物质吸收不同波长泵浦光而激射出特定波长的激光。由于掺Ｙｂ光纤具有宽吸收谱、宽增益带和调谐范围宽等优点,目前高功率光纤激光器,大多采用掺Ｙｂ3+(或Ｅｒ,Ｙｂ共掺)光纤。 光纤是以SiO2为基质材料拉成的玻璃实体纤维，一般由中心高折射率玻璃芯(芯径一般为9-62.5μm)、中间低折射率硅玻璃包层(芯径一般为125μm)和最外部的加强树脂涂层组成。 二、几种光纤激光器 2.1 低功率光纤激光器 普通通讯用的光纤激光器输出功率一般都是毫瓦级，其典型结构如下图：
它与我们传统加工用的工业激光的显著区别有：用掺杂离子的光纤作为工作物质用光纤光栅代替光学镜片构成光学谐振腔LD泵浦源可以通过尾纤与掺杂光纤无缝耦合导光部分也直接采用光纤输出。 但是该种激光器的单模纤芯直径只有9um，而且只能采用端泵，无法承受太高的功率密度；另外，单模纤芯对LD的模式提出了严格的要求，只有单模光才可以耦合进纤芯进行有效泵浦，可惜大功率单模LD至今无法实现；最后，强泵浦光耦合在很细的纤芯里会出现严重的非线性效应，从而改变会改变光学性能和降低转换效率。由于该种激光器受到功率的影响，一直以来只局限于光通讯领域；同时由于巨大的行业差距，几乎无人曾敢把它与激光加工联想到一块。所以，大功率输出是光纤激光器发展的最大瓶颈，几乎所有的研究工作都在围绕这个问题展开。 尽管中国绝大部分人士是在2002年以后才意识到高功率光纤激光器，可是俄罗斯至少潜心苦研了20年后有了IPG公司，英国也至少研究了30年也有了SPI。他们在冷战时代都肩负着重要的国防使命，得到了国家的鼎立支持并一直是军事领域的绝密。 2.2、高功率光纤激光器 下图是来自俄罗斯技术的IPG公司的高功率光纤激光器的原理图，按激光器三大组成部分浅析如下：
激光器原理
激光器原理 各位读友大家好，此文档由网络收集而来，欢迎您下载，谢谢典型激光器的原理与应用 激光之源 --典型激光器的原理、特点及应用 一前言 自从1960年，美国休斯飞机公司的科学家博士研制成功世界上第一台红宝石激光器以来，人类对激光器件的研究与应用取得了迅猛的发展。激光器的诞生，为人类开发利用整个光频电磁波段掀开了崭新的一页，也为传统光学领域注入了生机，并由此产生了量子光学、非线性光学等现代光学领域分支。 图1 第一台红宝石激光器 激光器由工作物质、泵浦源和光学谐振腔三个基本部分构成。其中，工作物质是激光器的核心，是激光器产生光的受激辐射、放大的源泉之所在；泵浦源为在工作物质中实现粒子数反转分布提供所需能源，工作物质类型不同，采
用的泵浦方式亦不同；光学谐振腔为激光提供正反馈，同时具有选模的作用，光学谐振腔的参数影响输出激光器的质量。 激光器种类繁多，习惯上主要以以下两种方式划分：一种是按照激光工作物质，一种是按激光工作方式分，而本文主要是介绍按照激光工作物质划分来介绍典型的激光器。 二典型激光器 1，气体激光器 气体激光器利用气体或蒸汽作为工作物质产生激光的器件。它由放电管内的激活气体、一对反射镜构成的谐振腔和激励源等三个主要部分组成。主要激励方式有电激励、气动激励、光激励和化学激励等。其中电激励方式最常用。在适当放电条件下，利用电子碰撞激发和能量转移激发等，气体粒子有选择性地被激发到某高能级上，从而形成与某低能级间的粒子数反转，产生受激发射跃迁。下面是典型激光器的示意图：
图2 气体激光器示意图 根据气体工作物质为气体原子、气体分子或气体离子，又可将气体激光器分为原子激光器、分子激光器和离子激光器。 原子激光器中产生激光作用的是未电离的气体原子，激光跃迁发生在气体原子的不同激发态之间。采用的气体主要是氦、氖、氩、氪、氙等惰性气体和铜、锌、锰、铅等金属原子蒸汽。原子激光器的典型代表是He-Ne激光器。He-Ne激光器是最早出现也是最为常见的气体激光器之一。它于1961年由在美国贝尔实验室从事研究工作的伊朗籍学者佳万(Javan)博士及其同事们发明，工作物质为氦、氖两种气体按一定比例的混合物。根据工作条件的不同，可以输出5种不同波长的激光，而最常用的则是波长为纳米的红光。输出功率在～100毫瓦之间，具有非常好的光束质量。氦-氖激光器是当前应用最为广泛的激光器之一，可用于外科医疗、激光美容、建
激光技术与激光器设计
激光技术与激光器设计 激光（Laser）是一种以激发放射为基础的光学技术，广泛应用于科学研究、工业生产和医疗领域。本文将探讨激光技术的原理和激光器 的设计。 一、激光技术原理 激光技术的原理基于受激辐射和放大过程，通过光源（激发源）激 发物质产生受激辐射，然后这些辐射在光学谐振腔中受到反射和放大，最终形成激光束。其特点是具有良好的单色性、高亮度和方向性。 1. 受激辐射 受激辐射是指一个光子和一个已经存在的具有特定频率和相位的光 子相互作用后，后者激发出与前者完全相同的光子。在激活源中，有 些原子被激发到一个较高的能级上，通过与其他原子发生相互作用， 这些原子会产生受激辐射，放出相同频率的光子。 2. 光学谐振腔 光学谐振腔是一个由两个反射镜构成的闭合空间，通过反射和放大 作用使激光受到放大。一个镜子是部分透明的，允许激光束从中逃离，形成输出光束。另一个镜子是完全反射的，使光被反射回谐振腔，增 强激光受激辐射的放大效果。 二、激光器设计
激光器（Laser）是一种利用激光技术产生和放大激光的设备。激光器的设计涉及多个方面的考虑，包括激发源、谐振腔和输出机制等。 1. 激发源选择 激发源是产生激发原子或分子的能量的源头，其选择对激光器性能至关重要。常见的激发源包括光闪烁器、半导体激光器、化学激光器等。根据不同的需求和应用领域，选择合适的激发源对激光器性能有着重要影响。 2. 谐振腔设计 谐振腔是激光器中负责放大激光的元件，其设计可分为连续振荡腔和脉冲振荡腔两种。连续振荡腔通过持续供应能量来维持激光持续发射，而脉冲振荡腔则通过阻塞能量以形成脉冲发射。 3. 输出机制 输出机制是将激光束从谐振腔中输出的方式。常见的输出机制有反射镜输出、窗口输出和光纤输出等。选择适当的输出机制要考虑到激光器的使用场景和激光束的要求。 三、激光技术应用 激光技术在各个领域具有广泛的应用，包括科学研究、工业生产和医疗领域等。 1. 科学研究
激光器知识讲解
激光器基本知识 激光的意思是光受激发射，激光器的意思就易理解了吧！近似于放大镜聚焦火柴，可是 激光能量大，可连续和脉冲， 分类 激光器的种类就愈来愈多。按工作物质的性质分类，大概能够分为气体激光器、固体激 光器、液体激光器；按工作方式划分，又可分为连续型和脉冲型等。此中每一类激光器又包 含了很多不一样种类的激光器。按激光器的能量输出又能够分为大功率激光器和小功率激光 器。大功率激光器的输出功率可达到兆瓦量级，而小功率激光器的输出功率仅有几个毫瓦。 如前所述的He-Ne激光器属于小功率、连续型、原子气体激光器。红宝石激光器属于大功 率脉冲型固体资料激光器。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。大功率激光器往常都是脉冲式输出。各样不一样种类的激光器所发射的激光波长 210 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，各样激光器的基本工作原理均同样，产生激光的必 不行少的条件是粒子数反转和增益大过消耗，所以装置中必不行少的构成部分有 激励（或抽运）源、拥有亚稳态能级的工作介质两个部分。激励是工作介质汲取 外来能量后激发到激发态，为实现并保持粒子数反转创建条件。激励方式有光学 激励、电激励、化学激励和核能激励等。工作介质拥有亚稳能级是使受激辐射占 主导地位，从而实现光放大。激光器中常有的构成部分还有谐振腔，但谐振腔（见 光学谐振腔）并不是必不行少的构成部分，谐振腔可使腔内的光子有一致的频次、 相位和运转方向，从而使激光拥有优秀的方向性和相关性。并且，它能够很好地缩散工作物质的长度，还可以经过改变谐振腔长度来调理所产生激光的模式（即选模），所以一般激光器都拥有谐振腔。 激光器工作原理 激光器宽泛用于各样产品和技术，其种类之多令人惊讶。从CD播放机、牙钻、高速金属切割机到丈量系统，仿佛全部东西都有激光器的影子， 它们都需要用到激光器。可是，究竟什么是激光器呢？激光光束和手电 筒光束的差别安在呢？
激光器及其驱动器电路原理与光模块核心电路设计讲解
激光器及其驱动器电路原理与光模块核心电路设计 武汉电信器件有限公司 模块开发部王松 摘要：本文描述了激光器及其驱动、APC及消光比温度补偿电路原理与光模块核心电路设计技术，并简单介绍了半导体激光器的基本结构类型和各自应用特性，着重论述了激光器驱动电路、APC电路、消光比温度补偿电路原理与应用技术，对激光器调制输出接口电路信号与系统也进行了详细的分析计算。 关键词：半导体激光器，驱动，调制电路，APC，温度补偿，阻抗匹配，信号分析，系统 1. 引言 随着全球信息化的高速发展，人们的工作、学习和生活越来越离不开承载着大量信息的网络，对网络带宽的要求还在不断提高，光载波拥有无比巨大的通信容量，预计光通信的容量可以达到40Tb/s，并且和其他通信手段相比，具有无与伦比的优越性，未来有线传输一定会更多的采用光纤进行信息传递。近几年以来，干线传输、城域网、接入网、以太网、局域网等越来越多的采用了光纤进行传输，光纤到路边FTTC、光纤到大楼FTTB、光纤到户FTTH、光纤到桌面FTTD 正在不断的发展，光接点离我们越来越近。在每个光接点上，都需要一个光纤收发模块，模块的接收端用来将接收到的光信号转化为电信号，以便作进一步的处理和识别。模块的发射端将需要发送的高速电信号转化为光信号，并耦合到光纤中进行传输，发射端需要一个高速驱动电路和一个发射光器件，发射光器件主要有发光二极管（LED）和半导体激光器（LD）。LED 和LD 的驱动电路有很大的区别，常用的
半导体激光器有FP、DFB 和VCSEL 三种。WTD光模块通常所用发射光器件为FP 和DFB 激光器。 2. 半导体激光器 半导体激光器作为常用的光发射器件，其体积小、高频响应好、调制效率高、调谐方便，且大部分激光器无需制冷，是光纤通信系统理想的光源。激光器有两种基本结构类型： （1）边缘发射激光器，有FP（Fabry-Perot）激光器和分布反馈式（DFB）激光器。FP激光器是应用最广的一种激光器，但是其噪声大，高频响应较慢，出光功率小，因此FP 激光器多用于短距离光纤通信。而DFB 激光器则具有较好的信噪比，更窄的光谱线宽，更高的工作速率，出光功率大，因此DFB 激光器多用在长距离、高速率光传输网络中。（2）垂直腔面发射激光器（VCSEL），是近几年才成熟起来的新型商用激光器，有很高的调制效率和很低的制造成本，特别是短波长850nm 的VCSEL，在短距离多模光纤传输系统中现在已经得到非常广泛的应用。 2.1 光电特性 半导体激光器是电流驱动发光器件，只有当激光器驱动电流在门限（阈值）电流以上时，半导体激光器二极管才能产生并持续保持连续的光功率输出，对于高速电流信号的切换操作，一般是将激光器二极管稍微偏置在门限（阈值）电流以上，以避免激光器二极管因开启和关闭所造成的响应时间延迟，从而影响激光器光输出特性。激光器光功率输出依赖于其驱动电流的幅度和将电流信号转换为光信号的效率（激光器斜效率）。激光器是一个温度敏感器件，其阈值电流I th 随温度的升高而增大，激光器的调制效率（单位调制电流下激光器的出光功率，量纲为