常用气体激光器讲解 ppt课件
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气体激光器
气体激光器是以气体或蒸气为工作物质的激光器，是目前种类 最多、波长分布区域最宽、应用最广的一类激光器，已观察到近万 条激光谱线，其波长覆盖从紫外到红外的整个光谱区域，并扩展到X 射线波段和毫米波波段。
气体激光器具有输出光束质量高、转换效率高、结构简单、造价 低廉等优点。被广泛应用于工农业、国防、医励方式
电激励 光激励
气体放电 气体激光器最主要的激励方式 电子束激励
热激励
化学能激励
2
气体放电激励
高压电场下，气体粒子发生电离而导电，在导电过程中，高 速电子与气体粒子（原子、分子、离子）碰撞，使后者激发到高 能级，形成粒子数反转。气体放电分为直流或交流连续放电、射 频放电和脉冲放电等。
作方式，输出功率在100mW以下，多用于检测和干涉计量。
离子激光器：以氩离子激光器为代表，这种激光器可以发射较强
的连续功率激光，功率可达几十瓦，是可见光中的重要激光器件， 多用于扫描，医学及全息学等方面。
5
分子激光器：
以CO2激光器为代表，因红外波长激光的热效应高，故多用于激光 刀，医疗，机械加工方面，还用于测距，通信。
准分子激光器：
特点—发光都在紫外波段。 用途—用于微细加工，光刻及医学。 原理—不是分子固有能级跃迁发光，而是当两种元素的原子被高能量 的电脉冲激励时，两种元素的原子在瞬态结合成的准分子的能级间跃迁 产生的受激发光。发光后，分子很快分解成原子。
6
化学能激励
利用某些工作物质本身发生化学反应所释放的能量来激励工作物质 ，建立粒子数反转而实现受激辐射。采用化学能激励的激光器称为化学 激光器，其最大特点是将化学能直接转换成激光，原则上不需外加电源 或光源最为激励原。
4
气体激光器 —— 原子激光器，离子激光器，分子激光器，准分子
气体激光器具有输出光束质量高、转换效率高、结构简单、造价 低廉等优点。被广泛应用于工农业、国防、医励方式
电激励 光激励
气体放电 气体激光器最主要的激励方式 电子束激励
热激励
化学能激励
2
气体放电激励
高压电场下，气体粒子发生电离而导电，在导电过程中，高 速电子与气体粒子（原子、分子、离子）碰撞，使后者激发到高 能级，形成粒子数反转。气体放电分为直流或交流连续放电、射 频放电和脉冲放电等。
作方式，输出功率在100mW以下，多用于检测和干涉计量。
离子激光器：以氩离子激光器为代表，这种激光器可以发射较强
的连续功率激光，功率可达几十瓦，是可见光中的重要激光器件， 多用于扫描，医学及全息学等方面。
5
分子激光器：
以CO2激光器为代表，因红外波长激光的热效应高，故多用于激光 刀，医疗，机械加工方面，还用于测距，通信。
准分子激光器：
特点—发光都在紫外波段。 用途—用于微细加工，光刻及医学。 原理—不是分子固有能级跃迁发光，而是当两种元素的原子被高能量 的电脉冲激励时，两种元素的原子在瞬态结合成的准分子的能级间跃迁 产生的受激发光。发光后，分子很快分解成原子。
6
化学能激励
利用某些工作物质本身发生化学反应所释放的能量来激励工作物质 ，建立粒子数反转而实现受激辐射。采用化学能激励的激光器称为化学 激光器，其最大特点是将化学能直接转换成激光，原则上不需外加电源 或光源最为激励原。
4
气体激光器 —— 原子激光器，离子激光器，分子激光器，准分子
常用气体激光器讲解课件
常用气体激光器• 常用气体激光器类型 • 气体激光器的性能参数 • 气体激光器的优缺点分析 • 气体激光器的应用案例 • 气体激光器的未来发展前景
01
气体激光器简介
定义与工作原理
定义
气体激光器是一种利用气体作为工作物质的激光器，通过激发气体中的原子或分子，使其跃迁至激发态，再通过 受激辐射产生光子，从而实现激光输出。
新型激光器件结构
02
通过优化激光器件结构，降低激光器的阈值，提高能量转化效
率，进一步减小激光器的体积和重量。
高效光束质量控制技术
03
发展新型光束质量控制技术，提高气体激光器的光束质量和聚
焦性能，满足高端应用领域的需求。
应用领域的拓展
医疗领域
随着激光技术的不断发展，气体激光器在医疗领域的应用将更加 广泛，如激光美容、激光治疗等。
通过改进光学系统和冷却系统等手段，减小气体 激光器的体积和重量，提高其集成度。
提高效率和稳定性
通过优化气体激光器的结构设计、选用高性能的 气体介质和提高制造工艺水平等手段，提高其光 电转换效率和稳定性。
拓宽波长范围
通过采用新型的气体介质和光学技术，拓宽气体 激光器的波长范围，以满足更多应用领域的需要 。
量子计算
利用单个光子进行量子信息的 传输和处理。
激光雷达
利用激光测量距离和速度，常 用于环境监测和无人驾驶技术 。
教学演示
用于演示光学、量子力学和化 学等领域的基本原理和现象。
06
气体激光器的未来发展前 景
技术创新与突破
新型气体激光材料
01
随着材料科学的进步，将会有更多高效的气体激光材料被发现
和应用，提高激光器的输出功率和稳定性。
应用
01
气体激光器简介
定义与工作原理
定义
气体激光器是一种利用气体作为工作物质的激光器，通过激发气体中的原子或分子，使其跃迁至激发态，再通过 受激辐射产生光子，从而实现激光输出。
新型激光器件结构
02
通过优化激光器件结构，降低激光器的阈值，提高能量转化效
率，进一步减小激光器的体积和重量。
高效光束质量控制技术
03
发展新型光束质量控制技术，提高气体激光器的光束质量和聚
焦性能，满足高端应用领域的需求。
应用领域的拓展
医疗领域
随着激光技术的不断发展，气体激光器在医疗领域的应用将更加 广泛，如激光美容、激光治疗等。
通过改进光学系统和冷却系统等手段，减小气体 激光器的体积和重量，提高其集成度。
提高效率和稳定性
通过优化气体激光器的结构设计、选用高性能的 气体介质和提高制造工艺水平等手段，提高其光 电转换效率和稳定性。
拓宽波长范围
通过采用新型的气体介质和光学技术，拓宽气体 激光器的波长范围，以满足更多应用领域的需要 。
量子计算
利用单个光子进行量子信息的 传输和处理。
激光雷达
利用激光测量距离和速度，常 用于环境监测和无人驾驶技术 。
教学演示
用于演示光学、量子力学和化 学等领域的基本原理和现象。
06
气体激光器的未来发展前 景
技术创新与突破
新型气体激光材料
01
随着材料科学的进步，将会有更多高效的气体激光材料被发现
和应用，提高激光器的输出功率和稳定性。
应用
常用气体激光器讲解
染料分子能级图
二、染料分子的光辐射过程
吸收了外来光子后，分子 就从基态能级跃迁到S1态的较 高的振动转动能上（图中 A→b）。由于频繁的热交换， 大多数被激发的分子无辐射地 衰变到S1态的最低的振动转动 能级上（图中b→B）。这样， 在B与基态S0的较高的振动转动 能级（图中a）之间就实现了粒 子数反转。当反转达到阈值时， 就可以产生激光。 可见染料激光形成过程，经 历了两次无辐射跃迁。
一、工作原理
激发过程一般分两步： 气体放电后，放电管中的 高速电子与中性氩离子碰 撞，从氩离子中打出一个 电子，使之电离，形成处 在基态上的氩离子；该基 态Ar+再与高速电子碰撞， 被激发到高能态，当激光 上下能级间产生粒子数反 转时，即可产生氩离子激 光。 因此，氩离子激光器 的激活粒子是Ar+。
纵向电激励水冷内腔式封离型 CO2激光器的典型结构
折叠式CO2激光器（水冷套未画出） 横向循环流动CO2激光器
纵向流动CO2激光器
三 、输出特性
1、能量转换效率高 ： 20～25% (氦氖激光器的能量转换 效率仅为千分之几) ；
2、常用的CO2激光器输出波长为10.6 m ，属于中红外区， 对人眼损害小；
染料分子能级图
三、染料分子的三重态“陷阱”
能级图中的T1和T2是三重态。 由于三重态T1较单态S1低，所以处 在S1中的分子很容易无辐射地跃迁 到T1上，又因为T1与S0之间不产生 辐射跃迁，而且T1的寿命较长，约 为10-4～10-3s，所以T1态对于激发 分子来说，相当于一个“陷阱”。 当T1态上积累了足够的分子后， T1→T2的吸收将很快使激光器的增 益下降，以致激光淬灭。通常采用 的方法是在染料中加入三重态淬灭 剂，缩短Tl的寿命。
二、染料分子的光辐射过程
吸收了外来光子后，分子 就从基态能级跃迁到S1态的较 高的振动转动能上（图中 A→b）。由于频繁的热交换， 大多数被激发的分子无辐射地 衰变到S1态的最低的振动转动 能级上（图中b→B）。这样， 在B与基态S0的较高的振动转动 能级（图中a）之间就实现了粒 子数反转。当反转达到阈值时， 就可以产生激光。 可见染料激光形成过程，经 历了两次无辐射跃迁。
一、工作原理
激发过程一般分两步： 气体放电后，放电管中的 高速电子与中性氩离子碰 撞，从氩离子中打出一个 电子，使之电离，形成处 在基态上的氩离子；该基 态Ar+再与高速电子碰撞， 被激发到高能态，当激光 上下能级间产生粒子数反 转时，即可产生氩离子激 光。 因此，氩离子激光器 的激活粒子是Ar+。
纵向电激励水冷内腔式封离型 CO2激光器的典型结构
折叠式CO2激光器（水冷套未画出） 横向循环流动CO2激光器
纵向流动CO2激光器
三 、输出特性
1、能量转换效率高 ： 20～25% (氦氖激光器的能量转换 效率仅为千分之几) ；
2、常用的CO2激光器输出波长为10.6 m ，属于中红外区， 对人眼损害小；
染料分子能级图
三、染料分子的三重态“陷阱”
能级图中的T1和T2是三重态。 由于三重态T1较单态S1低，所以处 在S1中的分子很容易无辐射地跃迁 到T1上，又因为T1与S0之间不产生 辐射跃迁，而且T1的寿命较长，约 为10-4～10-3s，所以T1态对于激发 分子来说，相当于一个“陷阱”。 当T1态上积累了足够的分子后， T1→T2的吸收将很快使激光器的增 益下降，以致激光淬灭。通常采用 的方法是在染料中加入三重态淬灭 剂，缩短Tl的寿命。
二氧化碳激光器简介PPT课件
3 横流高功率CO2激光器 放电方向 气流方向 激光束输出方向互相垂直
4.5 横向激励高气压CO2激光器（TEA） 1 特点
工作气压高 采用横向激励方式 电极面积大 施用预电离技术
2 常用的TEA CO2激光器结构 1） 针板TEA CO2激光器
结构比较简单，易实现均匀激励，效率不高，光束质量不太好
4 辅助气体 N2： 增大CO2分子0001能级的激发速率,还能增加0110能
级的驰豫速率
CO：增大CO2分子0001能级的激发速率，还能增加0110
能级的驰豫速率，但太高时会使0001能级消激发
He：1 降低工作气体的温度，增加输出功率
2 He对激光下能级的驰豫作用比对激光能级的驰豫作 用影响大得多，这有利于粒子数反转，即有利于提高输出 功率
2）管－板式放电结构 阴极： 放置位置： 气流上游前沿与阳极前沿对齐 与导流板之间必须留有足够的空隙 应置于喉道渐缩段内 寿命：与管径大小有关，管径小寿命长 材料：无氧铜 水冷镍阴极
阳极： 条形，两端圆弧过渡，紫铜制造 辅助阳极 阳极长度不匹配： 电极缩短，抑制瞬间飞弧的进一步扩展，在工
作气质变劣时也能稳定放电 电极过短，特别气质变劣情况下，异常辉光放
4）费米共振激发
CO2（1000）+ CO2（0000）－ △E
CO2（0200）
CO2（1000）－ △E
3 二氧化碳激光器驰豫过程
1）激光上能级的驰豫 分 体积驰豫 和 管壁驰豫，驰豫速率与气压有关，体
积驰豫还与辅助气体种类及其气压有关 2）激光下能级的驰豫
第一步 1000和0200能级的分子与基态分子碰撞，二者都会驰豫 到0110振动能级
1）电子碰撞激发
直接激发
4.5 横向激励高气压CO2激光器（TEA） 1 特点
工作气压高 采用横向激励方式 电极面积大 施用预电离技术
2 常用的TEA CO2激光器结构 1） 针板TEA CO2激光器
结构比较简单，易实现均匀激励，效率不高，光束质量不太好
4 辅助气体 N2： 增大CO2分子0001能级的激发速率,还能增加0110能
级的驰豫速率
CO：增大CO2分子0001能级的激发速率，还能增加0110
能级的驰豫速率，但太高时会使0001能级消激发
He：1 降低工作气体的温度，增加输出功率
2 He对激光下能级的驰豫作用比对激光能级的驰豫作 用影响大得多，这有利于粒子数反转，即有利于提高输出 功率
2）管－板式放电结构 阴极： 放置位置： 气流上游前沿与阳极前沿对齐 与导流板之间必须留有足够的空隙 应置于喉道渐缩段内 寿命：与管径大小有关，管径小寿命长 材料：无氧铜 水冷镍阴极
阳极： 条形，两端圆弧过渡，紫铜制造 辅助阳极 阳极长度不匹配： 电极缩短，抑制瞬间飞弧的进一步扩展，在工
作气质变劣时也能稳定放电 电极过短，特别气质变劣情况下，异常辉光放
4）费米共振激发
CO2（1000）+ CO2（0000）－ △E
CO2（0200）
CO2（1000）－ △E
3 二氧化碳激光器驰豫过程
1）激光上能级的驰豫 分 体积驰豫 和 管壁驰豫，驰豫速率与气压有关，体
积驰豫还与辅助气体种类及其气压有关 2）激光下能级的驰豫
第一步 1000和0200能级的分子与基态分子碰撞，二者都会驰豫 到0110振动能级
1）电子碰撞激发
直接激发
c5.2气体激光器
磁场：
为了提高氩离子激光器的输出功率及寿命，一般要加上几十 到100毫特斯拉左右的轴向磁场。磁场通常由套在放电管外 面的螺线管产生。
5.2.3 Ar+离子激光器
2. Ar＋激光器的激发机理
Ar＋激光器与激光辐射有关的能级结构如图(9-15)所示 ◇ 激光上能级3P44P，下能级3P44S ◇ 激发过程： 气体放电后，高速电子与中性氩原子碰 撞，使之电离，形成处于基态3P5上的 氩离子； 基态Ar+离子再与高速电子碰撞，被激 发到高能态，形成反转粒子数，产生激 光。 ◇ 激光能级有不同的电子态，激光输 出谱线丰富，最强谱线为0.4880m、 0.5145m。
第五章 典型激光器介绍
§5.1 固体激光器 §5.2 气体激光器 §5.3 染料激光器 §5.4 半导体激光器 §5.5 其他激光器
1
§5.2 气体激光器
气体激光器的特点：
激光谱线丰富，波长覆盖了从真空紫外到远红外 范围。
气态工作物质的光学均匀性比固体好，易于获得 高斯光束，方向性好。 气体工作物质的谱线宽度远比固体小，激光单色 性好。 气体的激活粒子密度远小于固体，需要较大体积 的工作物质才能获得足够的功率输出，体积一般 比较庞大。
5.2.1 氦-氖(He-Ne)激光器
1960年末最早研制成功的气体激 光器。 属于惰性气体原子激光器。 工作物质是氦氖混合气体，发射 激光的是Ne原子，He为辅助气体 ，作用为改善气体放电特性，提 高激光器输出功率。 主要波段在可见光到近红外区。
多采用连Hale Waihona Puke 工作方式（输出几毫 瓦到几十毫瓦）。
图(5-11) 不同充气压强下输出功率与放电电流的 关系曲线
5.2.2 二氧化碳激光器
常用气体激光器讲解PPT课件精选全文
3、一般连续输出几瓦到十几瓦，甚至上百瓦。
4、输出波长易 被血红蛋白吸收，所以氩离子激光器对生物 止血效果最好。 在临床上主要用于外科手术，用它作“光 刀” ，尤其是上、下消化道出血时，氩离子激光器可以利用 光纤导人内镜进行止血等非手术治疗。目前它广泛用于眼科 凝固、皮肤科、内科等综合治疗领域。
.
表 氩离子激光的可见光光谱线
当T1态上积累了足够的分子后， T1→T2的吸收将很快使激光器的 增益下降，以致激光淬灭。通常采 用的方法是在染料中加入三重态淬 灭剂，缩短Tl的寿命。
.
.
直管闪光灯泵浦的染料激光器示意图
一般由激光工作物质、激励光源、聚光系统和谐振腔 及波长选择装置组成
.
.
.
.
输出特性
• 1．输出激光波长可调谐 某些染料激光波长的可调宽度达上 百纳米，所以称为可调谐激光器。
可见染料激光形成过程，经 历了两次无辐射跃迁。
.
三、染料分子的三重态“陷阱”
能级图中的T1和T2是三重态。 由于三重态T1较单态S1低，所以 处在S1中的分子很容易无辐射地 跃迁到T1上，又因为T1与S0之间 不产生辐射跃迁，而且T1的寿命 较长，约为10-4～10-3s，所以T1 态对于激发分子来说，相当于一个 “陷阱”。
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二、染料分子的光辐射过程
染料分子能级图
吸收了外来光子后，分子就 从基态能级跃迁到S1态的较高 的振动转动能上（图中A→b）。 由于频繁的热交换，大多数被 激发的分子无辐射地衰变到S1 态的最低的振动转动能级上 （图中b→B）。这样，在B与 基态S0的较高的振动转动能级 （图中a）之间就实现了粒子数 反转。当反转达到阈值时，就 可以产生激光。
氩离子激光器
原子或分子因某种原因失去电子或获得电子的过 程称为电离。若原子失去电子，称为正离子，反 之则称为负离子。
4、输出波长易 被血红蛋白吸收，所以氩离子激光器对生物 止血效果最好。 在临床上主要用于外科手术，用它作“光 刀” ，尤其是上、下消化道出血时，氩离子激光器可以利用 光纤导人内镜进行止血等非手术治疗。目前它广泛用于眼科 凝固、皮肤科、内科等综合治疗领域。
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表 氩离子激光的可见光光谱线
当T1态上积累了足够的分子后， T1→T2的吸收将很快使激光器的 增益下降，以致激光淬灭。通常采 用的方法是在染料中加入三重态淬 灭剂，缩短Tl的寿命。
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直管闪光灯泵浦的染料激光器示意图
一般由激光工作物质、激励光源、聚光系统和谐振腔 及波长选择装置组成
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输出特性
• 1．输出激光波长可调谐 某些染料激光波长的可调宽度达上 百纳米，所以称为可调谐激光器。
可见染料激光形成过程，经 历了两次无辐射跃迁。
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三、染料分子的三重态“陷阱”
能级图中的T1和T2是三重态。 由于三重态T1较单态S1低，所以 处在S1中的分子很容易无辐射地 跃迁到T1上，又因为T1与S0之间 不产生辐射跃迁，而且T1的寿命 较长，约为10-4～10-3s，所以T1 态对于激发分子来说，相当于一个 “陷阱”。
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二、染料分子的光辐射过程
染料分子能级图
吸收了外来光子后，分子就 从基态能级跃迁到S1态的较高 的振动转动能上（图中A→b）。 由于频繁的热交换，大多数被 激发的分子无辐射地衰变到S1 态的最低的振动转动能级上 （图中b→B）。这样，在B与 基态S0的较高的振动转动能级 （图中a）之间就实现了粒子数 反转。当反转达到阈值时，就 可以产生激光。
氩离子激光器
原子或分子因某种原因失去电子或获得电子的过 程称为电离。若原子失去电子，称为正离子，反 之则称为负离子。
气体激光器
气体激光器
多用于物品焊接、切割的设备
01 简介
03 组成部分 05 分类
目录
02 发展历程 04 优点
气体激光器利用气体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（图1）。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。
比氦-氖激光器晚3年由帕特尔(Patel)发明的二氧化碳激光器是一种能量转换效率较高和输出最强的气体激 光器。准连续输出已有400千瓦的报导，微秒级脉冲的能量则达到10千焦，经适当聚焦，可以产生1013瓦/米2的 功率密度。这些特性使二氧化碳激光器在众多领域得到广泛应用。工业上用于多种材料的加工，包括打孔、切割、 焊接、退火、熔合、改性、涂覆等；医学上用于各种外科手术；军事上用于激光测距、激光雷达，乃至定向能武 器。
与发明二氧化碳激光器同年，发明了几种惰性气体离子激光器，其中最常见的是氩离子激光器。它以离子态 的氩为工作物质，大多数器件以连续方式工作，但也有少量脉冲运转。氩离子激光器可以有35条以上谱线，其中 25条是波长在408.9～686.1纳米范围的可见光，10条以上是 275～363.8纳米范围的紫外辐射，并以488.0纳米 和514.5纳米的两条谱线为最强，连续输出功率可达100瓦。氩离子激光器的主要应用领域包括眼疾治疗、血细胞 计数、平版印刷及作为染料激光器的泵浦源。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
优点
与固体、液体比较，气体的光学均匀性好,因此,气体激光器的输出光束具有较好的方向性、单色性和较高的 频率稳定性。而气体的密度小，不易得到高的激发粒子浓度，因此，气体激光器输出的能量密度一般比固体激光 器小。
多用于物品焊接、切割的设备
01 简介
03 组成部分 05 分类
目录
02 发展历程 04 优点
气体激光器利用气体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（图1）。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。
比氦-氖激光器晚3年由帕特尔(Patel)发明的二氧化碳激光器是一种能量转换效率较高和输出最强的气体激 光器。准连续输出已有400千瓦的报导，微秒级脉冲的能量则达到10千焦，经适当聚焦，可以产生1013瓦/米2的 功率密度。这些特性使二氧化碳激光器在众多领域得到广泛应用。工业上用于多种材料的加工，包括打孔、切割、 焊接、退火、熔合、改性、涂覆等；医学上用于各种外科手术；军事上用于激光测距、激光雷达，乃至定向能武 器。
与发明二氧化碳激光器同年，发明了几种惰性气体离子激光器，其中最常见的是氩离子激光器。它以离子态 的氩为工作物质，大多数器件以连续方式工作，但也有少量脉冲运转。氩离子激光器可以有35条以上谱线，其中 25条是波长在408.9～686.1纳米范围的可见光，10条以上是 275～363.8纳米范围的紫外辐射，并以488.0纳米 和514.5纳米的两条谱线为最强，连续输出功率可达100瓦。氩离子激光器的主要应用领域包括眼疾治疗、血细胞 计数、平版印刷及作为染料激光器的泵浦源。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
优点
与固体、液体比较，气体的光学均匀性好,因此,气体激光器的输出光束具有较好的方向性、单色性和较高的 频率稳定性。而气体的密度小，不易得到高的激发粒子浓度，因此，气体激光器输出的能量密度一般比固体激光 器小。
常见激光器结构及器件功能介绍 PPT
头） Q驱：自制，NEOS，GOOCH 振镜:德国SCANLAB 7和SCANLAB10
应用该激光器打标机型
EP-25S(DRACO)和EP-TWIN25S(DRACO)
YVO4多种功 率、多种脉宽 端泵激光器
YAG多种功率、多 种脉宽端泵激光器
整
合
绿光多种功率、多 种脉宽端泵激光器
DRACO 激光器平
常见激光器结构及器件功能介绍
基本概念
原子的能态（能级）
跃迁：能态的变化，往低能态跃迁（辐射），往 高能态跃迁（泵浦）
辐射：自发辐射（激光产生的诱因）和受激辐射 （激光放大的基础）
反馈：全反半反镜片的作用（选择与其法线平行、 经过晶体、对应波长的光，即决定什么光能被放 大，选择与竞争）
调Q与脉冲
Q开关
QS27-4S-B-XXn
QS： Q-Switch 缩写 27 ：声光驱动射频频率 MHz ： 4 通光孔径 1.6 2 3 4 5 6.5 8 mm S ：超声波模式 C 偏振 S非偏振 D正交 B ：水接头形式 S B R
XXn：厂家特殊定义的符合
AT1 公制螺纹 未指名 英制螺纹
激光倍频技术原理
激光二极管（LD）
端面泵浦激光器
光纤
耦合系统 全反镜 Yb:YLP 半反镜
激光二极管（LD）
光纤激光器
激光器的主要组成器件
Nd:YAG
Nd:YVO4
泵浦源内部
泵浦头
加长分离镀金腔
金属腔
优点：光束质量好 缺点：成本高，寿命短（相对）
陶瓷腔
优点：寿命长，稳定 缺点：寿命长，稳定（相对）
F-θ聚焦镜
各型号激光器参数
LD Nd:YAG Nd:YVO4
应用该激光器打标机型
EP-25S(DRACO)和EP-TWIN25S(DRACO)
YVO4多种功 率、多种脉宽 端泵激光器
YAG多种功率、多 种脉宽端泵激光器
整
合
绿光多种功率、多 种脉宽端泵激光器
DRACO 激光器平
常见激光器结构及器件功能介绍
基本概念
原子的能态（能级）
跃迁：能态的变化，往低能态跃迁（辐射），往 高能态跃迁（泵浦）
辐射：自发辐射（激光产生的诱因）和受激辐射 （激光放大的基础）
反馈：全反半反镜片的作用（选择与其法线平行、 经过晶体、对应波长的光，即决定什么光能被放 大，选择与竞争）
调Q与脉冲
Q开关
QS27-4S-B-XXn
QS： Q-Switch 缩写 27 ：声光驱动射频频率 MHz ： 4 通光孔径 1.6 2 3 4 5 6.5 8 mm S ：超声波模式 C 偏振 S非偏振 D正交 B ：水接头形式 S B R
XXn：厂家特殊定义的符合
AT1 公制螺纹 未指名 英制螺纹
激光倍频技术原理
激光二极管（LD）
端面泵浦激光器
光纤
耦合系统 全反镜 Yb:YLP 半反镜
激光二极管（LD）
光纤激光器
激光器的主要组成器件
Nd:YAG
Nd:YVO4
泵浦源内部
泵浦头
加长分离镀金腔
金属腔
优点：光束质量好 缺点：成本高，寿命短（相对）
陶瓷腔
优点：寿命长，稳定 缺点：寿命长，稳定（相对）
F-θ聚焦镜
各型号激光器参数
LD Nd:YAG Nd:YVO4
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3.He对CO2分子有冷却作用，也可加速下能级粒子数抽空；
4.Xe的电离电位低，激光器内的气体易电离，使CO2分子能 量转换效率提高10％～15％。同时在维持放电电流相同的情 况下，加入Xe后可使放电电压下降20％～30％。 5.H2或(H2O蒸汽)可促使低能粒子抽空，H2O蒸汽有利于 CO2分 子的还原，可延长寿命。
3、CO2分子激发机理
N2分子受到电子碰撞后 被激发并和CO2分子发生 碰撞， N2分子把获得的 能量传递给CO2分子，使 大量的CO2分子被激发到 001能级时，能级001和 能级 100之间形成粒子数 的反分布。
100能级和020能级的分 子迅速跃迁到亚稳态010能 级上。因此必须把跃迁到 010能级上的CO2分子立 即抽空，否则不利于粒子 数的反转。
RgX基态分子寿命极短，为 10-13s量级，它沿着自己的势 能曲线想核间距增大的方向移 动，直至最终离解成独立的原 子Rg+X。激发态RgX*能级寿 命为10-8s量级，比基态稳定， 因此很容易形成粒子数反转。
三、基本结构
准分子激光器的结构
1．功率特性：准分子基态的电子迅速排空造成激光下能级总
或率（W） 0.35 0.30 0.75 1.50 0.70 2.00 0.34
准分子激光器
一、工作物质
“准分子” ：不是稳定分子。它是混合气体受到外来能量 激发所引起的一系列物理和化学的反应中曾经形成但转瞬即 逝的分子，其寿命仅为几十毫秒。
这类激光器的工作物质是受激的气体原子(如Ar、Kr、 Xe，用Rg表示)和卤元素(例如F、Cl，用X表示)结合而成 的准分子，如氟化氩(ArF)、氯化氪(KrCl)、氟化氙(XeF) 等;
3、一般连续输出几瓦到十几瓦，甚至上百瓦。
4、输出波长易 被血红蛋白吸收，所以氩离子激光器对生物 止血效果最好。 在临床上主要用于外科手术，用它作“光 刀” ，尤其是上、下消化道出血时，氩离子激光器可以利用 光纤导人内镜进行止血等非手术治疗。目前它广泛用于眼科 凝固、皮肤科、内科等综合治疗领域。
表 氩离子激光的可见光光谱线
激光跃迁能级
4P2S01/2——4S2P1/2 4P2D03/2——4S2P3/2 4P2P03/2——4S2P1/2 4P2D05/2——4S2P3/2 4P2D03/2——4S2P1/2 4P4D05/2——4S2P3/2 4P4D03/2——4S2P3/2
波长(nm) 457.9 472.7 476.5 488.0 496.5 514.5 528.7
利用离子的能级跃迁所获得的激光器件称为离 子激光器。氖、 氩、氪、氙、镉蒸气、硒蒸气等 均光器要高，达几十瓦，可连续 或脉冲输出。
一、工作原理
激发过程一般分两步： 气体放电后，放电管中的 高速电子与中性氩离子碰 撞，从氩离子中打出一个 电子，使之电离，形成处 在基态上的氩离子；该基 态Ar+再与高速电子碰撞， 被激发到高能态，当激光 上下能级间产生粒子数反 转时，即可产生氩离子激 光。
3、连续输出功率可达万瓦级，常用电激励 ；
4、温度效应 转换效率最高也不会超过40％，这就是说 有60％以上的能量转换为气体的热能，气体温度的升高，将 引起CO2分子的分解，降低放电管内的CO2分子浓度。使激 光器的输出功率下降，因此，冷却问题是CO2激光器正常运 转的重要技术问题。
氩离子激光器
原子或分子因某种原因失去电子或获得电子的过 程称为电离。若原子失去电子，称为正离子，反 之则称为负离子。
是空的，这样有利于离子数反转的形成，即使 在超短脉冲下运转，从而可以获得较高的输出 功率（10瓦量级）。
二、工作原理
通常情况下，基态的稀有气体原子化学性质稳定，因此呈 两种气体混合状态（Rg+X） 。但当它们受到激发时，如电子 束的轰击或高压激励等，稀有气体原子就可能从基态跃迁到激 发态，甚至被电离，这时很容易和另一个原子形成一个寿命极 短的分子（RgX） ，这种处于激发态的分子称受激二聚物， 简称准分子。
二氧化碳激光器
属分子气体激光器
一、工作原理
1、CO2分子运动
CO2分子有三种不同的运动形式： 1.对称振动(b) 2.形变振动(c)
3.非对称振动(d)
2、工作物质
1.CO2气体是工作物质，辅助气体有N2、He、Xe和H2等；
2.N2在气体中起能量转移作用。N2分子受电子碰撞的概率 很大，放电中使大量N2处于亚稳态。通过近共振碰撞把内能 转移给CO2分子，实现粒子数反分布 ；
纵向电激励水冷内腔式封离型 CO2激光器的典型结构
折叠式CO2激光器（水冷套未画出） 横向循环流动CO2激光器
纵向流动CO2激光器
三 、输出特性
1、能量转换效率高 ： 20～25% (氦氖激光器的能量转换 效率仅为千分之几) ；
2、常用的CO2激光器输出波长为10.6 m ，属于中红外区，
对人眼损害小；
He原子质量小，运动 速度快，频繁地碰撞 CO2分子，高效地抽运 010能级上的CO2分子 ，大大提高了粒子数反 转程度。
二、基本结构
所谓封离型是指 工作气体被密封在放 电管内(由放电管、 水冷管和储气管三层 结构组成 )。
它的优点是结构 简单、紧凑。但它的 单位放电长度可输出 的功率比其他结构的 （如流动型和气动型） CO2激光器要低。
二、基本结构
氩离子激光器包括： 放电管、电极、回气管、谐振腔、轴向磁场等。
氩离子激光器分段石墨放电管
国产的氩离子激光管
三、输出特点
1、是一种惰性气体离子激光器 ，在离子激光器中输出效率 最高；
2、其输出波长较多，主要有 514.5nm和488.0nm两个蓝绿色 的谱线，是可见光区域中最强的激光器。 ；
因此，氩离子激光器的 激活粒子是Ar+。
采取两次电子碰撞将 氩原子激发到 3p44P态 要比直接碰撞、一次将 氩原子激发到3p44P态的 电子能量要小，后者只 能在低气压放电中才有 如此大的能量 （35.5eV）。
由于3p44P 和 3p44S能级上有许多 不同的电子态，所以 氩离子激光输出由丰 富的谱线。最强的谱 线波长是488.0nm、 514.5nm。
4.Xe的电离电位低，激光器内的气体易电离，使CO2分子能 量转换效率提高10％～15％。同时在维持放电电流相同的情 况下，加入Xe后可使放电电压下降20％～30％。 5.H2或(H2O蒸汽)可促使低能粒子抽空，H2O蒸汽有利于 CO2分 子的还原，可延长寿命。
3、CO2分子激发机理
N2分子受到电子碰撞后 被激发并和CO2分子发生 碰撞， N2分子把获得的 能量传递给CO2分子，使 大量的CO2分子被激发到 001能级时，能级001和 能级 100之间形成粒子数 的反分布。
100能级和020能级的分 子迅速跃迁到亚稳态010能 级上。因此必须把跃迁到 010能级上的CO2分子立 即抽空，否则不利于粒子 数的反转。
RgX基态分子寿命极短，为 10-13s量级，它沿着自己的势 能曲线想核间距增大的方向移 动，直至最终离解成独立的原 子Rg+X。激发态RgX*能级寿 命为10-8s量级，比基态稳定， 因此很容易形成粒子数反转。
三、基本结构
准分子激光器的结构
1．功率特性：准分子基态的电子迅速排空造成激光下能级总
或率（W） 0.35 0.30 0.75 1.50 0.70 2.00 0.34
准分子激光器
一、工作物质
“准分子” ：不是稳定分子。它是混合气体受到外来能量 激发所引起的一系列物理和化学的反应中曾经形成但转瞬即 逝的分子，其寿命仅为几十毫秒。
这类激光器的工作物质是受激的气体原子(如Ar、Kr、 Xe，用Rg表示)和卤元素(例如F、Cl，用X表示)结合而成 的准分子，如氟化氩(ArF)、氯化氪(KrCl)、氟化氙(XeF) 等;
3、一般连续输出几瓦到十几瓦，甚至上百瓦。
4、输出波长易 被血红蛋白吸收，所以氩离子激光器对生物 止血效果最好。 在临床上主要用于外科手术，用它作“光 刀” ，尤其是上、下消化道出血时，氩离子激光器可以利用 光纤导人内镜进行止血等非手术治疗。目前它广泛用于眼科 凝固、皮肤科、内科等综合治疗领域。
表 氩离子激光的可见光光谱线
激光跃迁能级
4P2S01/2——4S2P1/2 4P2D03/2——4S2P3/2 4P2P03/2——4S2P1/2 4P2D05/2——4S2P3/2 4P2D03/2——4S2P1/2 4P4D05/2——4S2P3/2 4P4D03/2——4S2P3/2
波长(nm) 457.9 472.7 476.5 488.0 496.5 514.5 528.7
利用离子的能级跃迁所获得的激光器件称为离 子激光器。氖、 氩、氪、氙、镉蒸气、硒蒸气等 均光器要高，达几十瓦，可连续 或脉冲输出。
一、工作原理
激发过程一般分两步： 气体放电后，放电管中的 高速电子与中性氩离子碰 撞，从氩离子中打出一个 电子，使之电离，形成处 在基态上的氩离子；该基 态Ar+再与高速电子碰撞， 被激发到高能态，当激光 上下能级间产生粒子数反 转时，即可产生氩离子激 光。
3、连续输出功率可达万瓦级，常用电激励 ；
4、温度效应 转换效率最高也不会超过40％，这就是说 有60％以上的能量转换为气体的热能，气体温度的升高，将 引起CO2分子的分解，降低放电管内的CO2分子浓度。使激 光器的输出功率下降，因此，冷却问题是CO2激光器正常运 转的重要技术问题。
氩离子激光器
原子或分子因某种原因失去电子或获得电子的过 程称为电离。若原子失去电子，称为正离子，反 之则称为负离子。
是空的，这样有利于离子数反转的形成，即使 在超短脉冲下运转，从而可以获得较高的输出 功率（10瓦量级）。
二、工作原理
通常情况下，基态的稀有气体原子化学性质稳定，因此呈 两种气体混合状态（Rg+X） 。但当它们受到激发时，如电子 束的轰击或高压激励等，稀有气体原子就可能从基态跃迁到激 发态，甚至被电离，这时很容易和另一个原子形成一个寿命极 短的分子（RgX） ，这种处于激发态的分子称受激二聚物， 简称准分子。
二氧化碳激光器
属分子气体激光器
一、工作原理
1、CO2分子运动
CO2分子有三种不同的运动形式： 1.对称振动(b) 2.形变振动(c)
3.非对称振动(d)
2、工作物质
1.CO2气体是工作物质，辅助气体有N2、He、Xe和H2等；
2.N2在气体中起能量转移作用。N2分子受电子碰撞的概率 很大，放电中使大量N2处于亚稳态。通过近共振碰撞把内能 转移给CO2分子，实现粒子数反分布 ；
纵向电激励水冷内腔式封离型 CO2激光器的典型结构
折叠式CO2激光器（水冷套未画出） 横向循环流动CO2激光器
纵向流动CO2激光器
三 、输出特性
1、能量转换效率高 ： 20～25% (氦氖激光器的能量转换 效率仅为千分之几) ；
2、常用的CO2激光器输出波长为10.6 m ，属于中红外区，
对人眼损害小；
He原子质量小，运动 速度快，频繁地碰撞 CO2分子，高效地抽运 010能级上的CO2分子 ，大大提高了粒子数反 转程度。
二、基本结构
所谓封离型是指 工作气体被密封在放 电管内(由放电管、 水冷管和储气管三层 结构组成 )。
它的优点是结构 简单、紧凑。但它的 单位放电长度可输出 的功率比其他结构的 （如流动型和气动型） CO2激光器要低。
二、基本结构
氩离子激光器包括： 放电管、电极、回气管、谐振腔、轴向磁场等。
氩离子激光器分段石墨放电管
国产的氩离子激光管
三、输出特点
1、是一种惰性气体离子激光器 ，在离子激光器中输出效率 最高；
2、其输出波长较多，主要有 514.5nm和488.0nm两个蓝绿色 的谱线，是可见光区域中最强的激光器。 ；
因此，氩离子激光器的 激活粒子是Ar+。
采取两次电子碰撞将 氩原子激发到 3p44P态 要比直接碰撞、一次将 氩原子激发到3p44P态的 电子能量要小，后者只 能在低气压放电中才有 如此大的能量 （35.5eV）。
由于3p44P 和 3p44S能级上有许多 不同的电子态，所以 氩离子激光输出由丰 富的谱线。最强的谱 线波长是488.0nm、 514.5nm。