典型激光器介绍大全(精华版)讲解学习共77页
常见激光器结构及器件功能介绍
优点：寿命长，稳定 缺点：寿命长，稳定（相对）
F-θ聚焦镜
F-θ聚焦镜
■ F-θ聚焦镜是一种可以保证激光焦点始终在工作 台平面上的一种聚焦镜。
■它具有一定的焦深，可以使激光打标机在一定曲面上 进行打标。 ■每一种聚焦镜有各自的焦距，对应不同的打标范围， 各镜头最大的打标范围如下表：
焦距(mm) 100 160 210 254 420
调Q即开关， 声光调Q：超声波衍射光栅 电光调Q：旋转偏振方向 机械调Q：…Q开关ຫໍສະໝຸດ 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
激光器
整
合
DRACO 激光器平 台
D1、RA优C异O的系光束列质激量光器特点概述
DRACO系列激光器可输出 M2<1.4的高质量光束。
2、极高的激光稳定性 功率不稳定度<±1.5%，点处 理均匀
DRACO系列激光器特点概述
3、可靠的结构设计 DRACO系列激光器先进的冷却、密封设计及选用德 国、美国产的高品质的关键器件。由于结构设计合理， 在更换干燥剂、泵浦二极管，或调试控制板等激光器 维护时非常方便。
最大打标范围(mm) 50*50 100*100 130*130
160＊160 300＊300
打标机系统
振镜
扩束镜
振镜驱动
驱
晶体
光纤 泵浦源
激光驱动 电源
运动控制
参数控制
部件
激光器 电源：快速响应电源，普通电源 控制卡：PCI3000、DCP1000、EMCC 标准控制软件：5.1、5.2、hanscam（双头） Q驱：自制，NEOS，GOOCH 振镜:德国SCANLAB 7和SCANLAB10
典型激光器的比较
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工作过程
1 放电：He电离产生电子 2 He与电子碰撞
光纤耦合尾纤型pigtail package半导体激光器 件
ProLite型光纤耦合单发射激光器
2 常见激光器工作特性
1 固体激光器
A 固体激光器基本结构及特性
1. 激光工作物质 2. 泵浦源 3. 聚光腔 4. 谐振腔 5. 冷却系统
固体激光器的能量转换
0.5
0.4
0.2
0.76 0.9
0.8
42
CO2激光器
❖ > 1 atm 一定压力的CO2; N2; He混合的气体分子激光器 ❖ 波长 911um;最常见10 6um ❖ 效率高;功率范围大几瓦~几万瓦 ❖ 光束质量好 ❖ 运行方式多样;结构多样
CO2激光器中;加入其中的氦有利于激光下能级抽 空 氮气加入主要在CO2激光器中起能量传递作用;为 CO2激光上能级粒子数的积累与大功率高效率的激光 输出起到强有力的作用
• 激光调制方式
– 脉冲
– 自由运转
• 单脉冲
– 调Q
• 重复频率
– 锁模
• 准连续
1 固体激光器
分为晶体和玻璃两类;在基质材料中掺入激活离子 而制成
目前已实现激光振荡的不同基质——掺杂体系的 工作物质有200多种;但是;性能好;使用广泛的主要有 下面三种
1钕玻璃激光器
在玻璃中掺入稀土元素钕做工作物质
典型激光器介绍
典型激光器的原理、特点及应用摘要：本文介绍了四种典型的激光器，固体、气体、染料和半导体激光器，并分别介绍了特点及应用。
关键词：典型激光器，原理和特点，应用一、引言自梅曼发明了第一台红宝石激光器至今，激光器得到了飞速发展，在激光工作物质方面也得到了很大的改进，激光器根据激活媒质可分为固体、气体、染料和半导体激光器。
各类激光器各有特色，并在相关的领域里发挥着重要的作用。
二、固体激光器固体激光器是以掺杂离子的绝缘晶体或玻璃作为工作物质的激光器，基本上都是由工作物质、泵浦系统、谐振腔和冷却、滤光系统构成的。
最常采用的固体工作物质仍然是红宝石、钕玻璃、掺钕钇铝石榴石(Nd3＋：Y AG)等三种。
图1是固体激光器的基本结构示意图。
图1 固体激光器的基本结构示意图1．红宝石(Cr3＋：A12O3)红宝石是在三氧化二铝(A12O3)中掺入少量的氧化铬(Cr2O3)生长成的晶体。
它的吸收光谱特性主要取决于铬离子(Cr3＋)，铬离子与激光产生有关的能级结构如图2所示。
它属于三能级系统，相应于图（1-3）的简化能级模型，其激发态E3为4F1和4F2能级，激光上、下能级E2和E1分别为2E和4A2。
它的荧光谱线有两条：R1线和R2线，在室温下对应的中心波长分别为694.3nm和692.9nm。
由于R1线的辐射强度比R2大，在振荡过程中总占优势，所以通常红宝石激光器产生的激光谱线均为R1线(694.3nm)。
红宝石激光器的优点是机械强度高，容易生长大尺寸晶体，容易获得大能量的单模输出，输出的红颜色激光不但可见，而且适于常用硅探测器探测。
红宝石激光器的主要缺点是阈值高和温度效应非常严重。
随着温度的升高，激光波长将向长波长方向移动，荧光谱线变宽，荧光量子效率下降，导致阈值升高，严重时会引起“温度猝灭”。
因此，在室温情况下，红宝石激光器不适于连续和高重复率工作，但在低温下，可以连续运转。
目前在医学方面和动态全息方面还有应用价值。
第3讲 典型激光器介绍及光线传输矩阵
能级
图
封离式CO2激 光器结构示意 图
12
3.1 典型激光器介绍
13
3.1 典型激光器介绍
▪ Ar+离子激光器
➢ Ar＋激光器一般由放电管、谐振腔、轴向磁场和回气管等几部分组 成。如下图所示为石墨放电管的分段结构 。
分段石墨结构Ar+激光器示意图
14
3.1 典型激光器介绍
15
3.1 典型激光器介绍
3、不同介质介面（平面）
ro ri 0
ro
0
1 2
ri
1
ro ro
0
0
1 2
ri ri
Байду номын сангаас
由近轴近似，折射定律可以写成
1 sin ri 2 sin ro 1 ri 2 ro
辐射不是基于原子分子或离子的束缚电子能级间的跃磁韧致辐射带电粒子在磁场中受到洛伦兹力的作用会作加速运动从而产生辐射当速度接近光速的电子作圆周运动时将会辐射出光子由于这种辐射1947年在同步加速器上被发现的因而被命名为同步辐射synchrotronradiation切伦科夫辐射当电子在介质中运动时如果它们的速度比光在介质中的相速度大电子也会产生光辐射其波长随着电子速度而变化虽然光很弱但却是单色性很好的辐射光
➢ 谱线范围宽 ---目前有数百种气体和蒸气可以产生激光，已经观测到 的激光谱线近万余条，谱线覆盖范围从亚毫米波到真空紫外波段， 甚至 X射线、射线波段。
➢ 光束质量优---工作物质均匀一致保证了气体激光束的优良光束质量， 在光束的相干性、单色性方面优于固体、半导体激光器，如He-Ne 激光的单色性很高，Δλ很容易达到10-9～10-11nm，其发散角只有l～ 2毫弧度。
典型激光器简介
非均匀加宽可忽略，在整个温度范围内都以均匀加宽为主
21
钕玻璃的非均匀加宽由配位场的不均匀性引起，均匀加
宽则由玻璃网络体的热振动引起。二者所占比例因材料
而异。在室温下，1.06mm谱线非均匀加宽为120～
3600GHz，均匀加宽为60～225GHz。虽然非均匀加宽
大于均匀加宽，但由于交叉弛豫过程，钕玻璃的增益饱 和特性与均匀加宽工作物质相似。
光器比较容易获得大能量输出，适合于调Q
固体工作物质通常加工成圆棒状(或盘片状)，棒侧面磨毛。 对棒两端面的加工要求很高：两端面为垂直于棒轴向的平
行平面，平行误差在5″~10″之间；端面与棒轴向的垂直度
<1″；端面的平整度小于半个光圈。为避免端面反射和内部
寄生振荡，端面镀有增透膜
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光圈：镜片和样板放在一起的时候会形成干涉条纹，成
10
应用：光纤通信、光存储、光信息处理、科研、医疗等 激光光盘、激光高速印刷、全息照相、办公自动化、激光 准直等等
1962年，第一台半导体激光器——GaAs激光器问世
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(5) 化学激光器
通过化学反应实现粒子数反转产生激光辐射 工作物质：目前主要是气体，HF、DF、氧碘
激励：化学能，一般采用一些引发措施促成化学反应，光
②
分子激光器：跃迁发生在气体分子不同的振-转能级之间。 主要采用CO2、N2、O2、N2O、H2、H2O等气体分子。代 表CO2激光器
6
③
准分子激光器：分子激光器的一种。 准分子：在基态离解为原子而在激发态暂时结合成分子的 不稳定缔合物。 激光跃迁发生在束缚态和自由态之间。 采用的气体主要有XeF、KrF、ArF、XeCl、XeBr等 典型代表：XeF准分子激光器
典型激光器介绍
激
1
光 器 介 绍
fN (E2 ) E2 EF
e kT 1
1
价带顶空穴的占据几率可以用P区的准费米能级来计算 fP (E1) EF E1
1 价带顶电子占据几率则为 fN (E1) 1 fP (E1) E1EF
e kT 1
e kT 1
§.
在结区导带底和价带顶实现粒子（电子）数反转的条件是
5.4.1 半导体的能带和产生受激辐射的条件
第
1.在一个具有N个粒子相互作用的晶体中，每一个能级会分裂成为N个能级，因此
五 章
这彼此十分接近的N个能级好象形成一个连续的带，称之为能带，见图(5-23)。
典 型 激 光 器 介 绍
图(5-23) 固体的能带
图(5-24) 本征半导体的能带
2. 纯净(本征)半导体材料，如单晶硅、锗等，在绝对温度为零的理想状态下，能 带由一个充满电子的价带和一个完全没有电子的导带组成，如图(5-24)。
§.
图(5-28) GaAs激光器的结构
2. 半导体激光器工作的阈值条件
激光器产生激光的前提条件除了粒子数发生反转还需要满足阈值条件
5 4
G
a内
1 2L
ln r1r2
半 导
增益系数和粒子数反转的关系也取决于谐振腔内的工作物质
体 激 光
Gν
n c2 A21
8 2ν2
f ν
t复合
e
Gν
n c2 A21 8 2ν2
f ν
n c2 8 2ν2t复合
f
ν
Gν
G a内 f (ν)
c2 8
激光器介绍
一、激光产生的原理1、物质的发光过程在自然界，任何物质的发光都需要经过两个过程，受激吸收过程和自发辐射过程。
（1）、吸收过程当物质受到外来能量如光能、热能、电能等的作用时，原子中的电子就会吸收外来能量(如一个光子)，从低轨道跃迁到高轨道上去，或者说处于低能态的粒子会吸收外来能量，跃迁至高能态。
由于吸收过程是在外来光子的激发下产生的，所以称之为“受激吸收”。
受激吸收的特点是：必须有外来光子(或其他方式的能量)“刺激”，而且这个外来光子的能量必须是：0N h E E ν=- (N=1，2，3……)式中E 0是粒子吸收外界能量前所处的能级，E N 是吸收后所处的能级 ，h 为普朗克常数。
（2）、自发辐射过程被激发到高能级上的粒子是不稳定的，它们在高能级上只能停留一个极为短暂的时间，然后立即向低能级跃迁。
这个过程是在没有外界作用的情况下完全自发地进行的，所以称为“自发跃迁”。
粒子在自发跃迁过程中，要把原先吸收的能量释放出来，所释放的能量数值为E=E N -E 0。
释放能量转变为热能，传给其他粒子，这种跃迁叫做“无辐射跃迁”，不会有光子产生。
另一种是以光的形式释放能量(叫做自发辐射跃迁)，即向外辐射一个光子，于是就产生了光。
自发辐射过程放出的光子频率，由跃迁前后两个能级之间的能量差来决定，即：可见，两个能级之间的能量差越大，自发辐射过程所放出的光子频率就越高。
自发辐射光极为常见，普通光源的发光就包含受激吸收与自发辐射过程。
前一过程是粒子由于吸收外界能量而被激发至高能态；后一过程是高能态粒子自发地跃迁回低能态并同时辐射光子。
当外界不断地提供能量时，粒子就会不断地由受激吸收到自发辐射，再受激吸收，再自发辐射，如此循环不止地进行下去。
每循环一次，放出一个光子，光就这样产生了。
0N E E h ν-=自发辐射的特点是：由于物质(发光体)中每个粒子都独立地被激发到高能态和跃迁回低能态，彼此间没有任何联系，所以各个粒子在自发辐射过程中产生的光子没有统一的步调，不仅辐射光子的时间有先有后，波长有长有短，而且传播的方向也不一致。
激光器的简介以及发展历程课件
气体激光器通常采用气体作为增益介质，通过放电或燃烧等方式激发气体内部 的原子或分子，使它们跃迁到高能级状态，从而实现光的放大。常见的气体激 光器有氦氖激光器和二氧化碳激光器等。
液体激光器
总结词
利用液体作为增益介质的激光器。
详细描述
液体激光器通常采用有机染料或重金属盐溶液作为增益介质，通过激发介质内部 的分子或离子产生光子，从而实现光的放大。常见的液体激光器有染料激光器和 金钠米激光器等。
科研领域
激光光谱学
利用激光技术对物质进 行光谱分析，以研究其
组成和结构。
激光物理
利用激光技术对物理现 象进行研究和实验，如 量子光学、非线性光学
等。
激光化学
利用激光技术对化学反 应进行激发和观测，以 提高化学反应的效率和
产率。
生物医学成像
利用激光技术对生物组 织进行无损检测和成像 ，如光学显微镜、共聚
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激光器的发展历程
激光器的起源
激光器的起源可以追溯到20世纪60年代，当 时科学家们开始探索光的相干性，并发现了 光的受激发射现象。
1960年，美国科学家梅曼发明了第一台红宝 石激光器，从此开启了激光技术的新篇章。
激光器的发明引起了广泛的关注和兴趣，因 为它具有高亮度、高方向性、高单色性和高 相干性的特点，为科学研究、工业生产和军 事领域提供了新的工具和手段。
焦显微镜等。
感谢您的观看
THANKS
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光束质量
激光的光束质量影响其聚焦和 传输效果，光束质量越高，激 光的亮度越高。
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稳定性
激光器的稳定性对其应用效果 和使用寿命具有重要影响，稳 定的激光器能够保证长时间的 工作效果。
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