激光器激励原理资料
激光器的基本原理
激光器的基本原理
激光器是一种能够产生高度定向、一致相位和高能量的光束的装置。
它的基本原理是通过受激辐射来放大输入光信号，并利用光学共振腔来增强并放出这个特定频率的光。
激光器的主要组成部分包括激光介质、泵浦源和光学共振腔。
激光介质是产生激光的关键组件，它能够吸收外界能量并将其转化为激活原子的激发能量。
常见的激光介质包括气体（例如氦氖激光器）、固体（例如Nd:YAG激光器）和半导体（例
如激光二极管）。
泵浦源用于向激光介质提供能量，激发介质内的原子或分子跃迁到激发态。
泵浦源可以是电子束、光闪烁、电流或其他方法。
通过泵浦源的能量输入，激发态的原子或分子会积聚在一个能级上，形成所谓的反转粒子分布，即在激光产生所需的光子数目超过平衡分布的状态。
在光学共振腔中，激光介质被夹在两个反射镜（一个是部分透射镜）之间，形成一个光学回路。
当光信号通过激光介质时，部分光子被反射，部分光子穿过透射镜。
反射的光子循环反复通过激光介质，与其他经过泵浦源激发的原子或分子相互作用，从而引发受激辐射。
穿过透射镜的光子则是经过放大增强的光信号。
在光学共振腔中，反射镜的选择性反射可以筛选特定波长的光，使其在腔内来回传播多次，从而增强这个特定频率的光强度。
这种光学共振效应使激光器产生了高度定向和一致相位的特性。
最后，通过调整激光介质和光学共振腔的参数，如长度、反射率等，可以调节激光器输出光的特性，例如波长、脉冲宽度和功率等。
综上所述，激光器基本原理是通过受激辐射和光学共振效应来实现输入光信号的放大和增强，从而产生出高度定向、一致相位和高能量的激光光束。
常用激光器工作原理
常用激光器工作原理激光器（Laser）是一种产生、放大和传播激光的装置。
它的工作原理是通过特定的能级结构和激发条件，将能量转换为一种具有高度一致性、单色性和定向性的电磁辐射。
激光器的工作需要满足三个条件：激光介质、激发源和光反馈。
激光介质是能够产生受激辐射的物质，激发源则提供激励能量，而光反馈使激射形成反复往复的光增强。
1.能级结构激光介质中的原子、分子或离子具有不同的能级结构，由基态到激发态。
当能量从外部源激发时，原子中的电子可以被激发到高能级，形成激发态。
这一过程通常需要能量匹配的光子与原子发生相互作用。
在这种光激发过程中，原子或分子会吸收光子能量，电子通过电子跃迁从低能级到高能级，产生多余的能量。
2.受激辐射和自发辐射受激辐射是指在经过充分激发后，原子或分子跃迁到低能级，并释放出与已吸收的光子同频、同相、同向的光子。
自发辐射是在低能级上的电子激发态自发地发射出光子。
受激辐射和自发辐射会使得处于激发态的原子或分子再次处于基态，形成反复循环。
3.光增强和光反馈光能增强是通过光反馈实现的，光反馈可分为正反馈和负反馈。
正反馈是指光在介质中多次传播和反射，与受激辐射和自发辐射发生相互作用，引起更多的激发态原子或分子跃迁并产生相干光辐射。
这样的反馈会引起光的波前调制、相位调制和场增强，使光逐渐得到放大和定向。
负反馈通过输出镜使一部分光波封闭在腔内，从而形成光反射和吸收的平衡。
4.泵浦机制为了提供足够的能量来激发介质，激光器通常需要一个泵浦机制。
泵浦机制可以是电能、光能、化学能等，也可以通过其他激光器提供能量。
泵浦机制的能量输入与介质的特性和能级结构有关，它的主要目的是将激光介质的部分原子或分子激发到高能级，形成反转粒子群，以便进一步产生和放大激光。
常见的激光器包括固体激光器、气体激光器和半导体激光器。
不同类型的激光器工作原理有差异，但基本的激射过程仍然遵循能级结构、受激辐射和光增强的原理。
通过精密的波导、谐振腔和放大剂的设计，可以实现不同波长和功率的激光输出，广泛应用于医学、通信、材料加工、测量仪器等领域。
激光的基本原理
激光的基本原理
激光的基本原理是通过激励介质中的原子发生受限电子跃迁，产生光的辐射，而这种辐射是具有高度相干性、单色性和定向性的。
其原理可以分为三个基本步骤：激励、发射和增强。
首先，通过外界的能量输入，激励介质中的原子处于一个高能级。
当原子处于这个高能级时，它们变得不稳定且容易被激发。
然后，在激励介质中的某个原子受到外界的刺激时，它会回到低能级并释放出能量。
这个能量以光子的形式释放出来，光子的特性决定了激光的特性。
最后，原子释放的光子通过受到激励的其他原子的促进作用，导致其他原子也被激发并释放更多的光子。
这种光子的相互作用导致了光子的增强，形成了一束高度相干和单色的光，即激光。
激光的基本原理在于通过三个步骤：激励、发射和增强，使得激光具有高度相干性、单色性和定向性。
这个原理的应用范围非常广泛，包括医疗、通信、测量、材料加工等领域。
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产生和放大激光光束的装置，它利用受激辐射原理将能量转化为高度聚焦的光束。
激光器的工作原理涉及能级跃迁、受激辐射和光放大等过程。
激光器广泛应用于科学研究、医疗、通信、材料加工、测量和军事等领域。
一、激光器的工作原理激光器的工作原理基于能级跃迁和受激辐射过程。
它包括以下基本组件：激发源、增益介质、光反射镜和输出耦合镜。
1. 激发源：激发源提供能量来激发增益介质中的原子或分子，使其处于激发态。
常用的激发源包括电子束、光束、放电、化学反应等。
2. 增益介质：增益介质是激光器中的活性物质，它能够吸收能量并在受激辐射过程中放出激光光子。
常见的增益介质有气体（如二氧化碳、氦氖）、固体（如Nd:YAG晶体）和半导体（如激光二极管）。
3. 光反射镜：光反射镜是激光器中的一面镜子，它具有高反射率，可以将激光光束反射回增益介质中，形成光反馈，促进受激辐射过程。
4. 输出耦合镜：输出耦合镜是激光器中的另一面镜子，它具有一定的透过率，使一部分光束能够透过，形成激光输出。
激光器的工作过程如下：1. 激发源向增益介质提供能量，使其原子或分子处于激发态。
2. 受激辐射过程：当一个激发态的原子或分子遇到一个具有相同能级的自由态原子或分子时，它会通过受激辐射的过程将能量传递给自由态的原子或分子。
这个过程会导致自由态原子或分子跃迁到一个较高的能级，并放出一个与受激辐射前的光子具有相同频率、相同相位和相同方向的光子。
3. 光放大过程：通过光反射镜的反射，激光光束在增益介质中来回反射，不断受到受激辐射的影响，导致光子数目逐渐增加，形成光放大。
4. 激光输出：一部分光束通过输出耦合镜透过，形成激光输出。
二、激光器的应用激光器具有高度聚焦、单色性好、方向性强、能量密度高等特点，因此在许多领域都有广泛的应用。
1. 科学研究：激光器在科学研究中起到了重要的作用。
例如，激光器被用于精确测量、光谱分析、光学显微镜、光学实验等领域。
大族激光器工作原理概述
大族激光器工作原理概述
大族激光器是一种利用放电激发活性介质产生高功率激光的装置。
其工作原理可以概括为以下几个步骤：
1. 激励源激发：大族激光器的激励源一般为氙灯或氩灯等高压气体放电源，通过电流通入激励源中的气体，激励源产生的电弧放电生成一定功率的光束。
2. 光束转导：激励源产生的光束进入激光器的反射腔，腔内带有半透镜等光学元件，对光束进行调节和转导，使其能尽可能多地通过放大介质。
3. 放大介质激发：在放大介质中，通过放电激励或者光泵浦等方式，能量传递给活性离子，使其处于激发态。
这些激发态的离子能够吸收外界的光子，进一步增强激励源产生的光束能量。
4. 光子倍增：经过放大介质激发后，光束中的光子开始发生自发辐射，产生更多的光子，从而使光束能量进一步增加。
这个过程中，越多的光子被释放，激光器的输出功率就越大。
5. 输出调节：经过一系列的增强和调节，最终激光器将输出高功率的激光束。
输出激光的波长、脉宽和功率等特性可以通过改变激励源、放大介质和光学元件等参数来实现调节。
综上所述，大族激光器的工作原理是通过激励源、放大介质和光学元件等组合配合，对激励光束进行放大和调节，最终形成
高功率激光束的过程。
它被广泛应用于激光切割、激光打标、激光焊接等领域。
激光器的基本工作原理
激光器的基本工作原理激光器是一种能产生高度相干、单色、高亮度的激光光束的装置。
激光器的基本工作原理可以分为三个步骤：增益介质激发、光放大和反馈。
首先，激光器的工作需要一个具有特殊能级结构的增益介质。
一般来说，固体激光器常用的增益介质是晶体，液体激光器常用的增益介质是染料溶液，气体激光器常用的增益介质是稀有气体混合物。
这些增益介质中，原子或分子的电子由低能级跃迁到高能级时会吸收外界的能量，使得电子在高能级积累。
当有足够多的电子积累在高能级上时，就可以进入激光器的第二个步骤。
第二步骤是光放大。
增益介质中积累的高能级电子会自发地跃迁回低能级，放出能量。
如果将增益介质置于两个平行的反射镜之间，其中一个镜子是部分透明的，光子就会在两个镜子之间多次往返。
当光子经过增益介质时，会与高能级电子相互作用，使得电子从高能级跃迁到低能级，放出能量。
这些能量会在光子的反射中得到增强，使得原本弱小的光信号得以放大。
反射镜的存在保证了光子与高能级电子频繁相互作用，从而增强了光的强度。
第三步骤是反馈。
在增益介质的两端设置反射镜，其中一个镜子是完全反射的，另一个是部分透明的。
在激光器工作时，放大的光子在两个反射镜之间来回反射。
只有当光子与高能级电子相互作用时，才能够从增益介质中得到反馈加强，从而击穿上限，形成激光光束。
这个过程是自持拉锁过程，也就是说，无需外部刺激，只要增益介质中有足够的电子积累在高能级，激光器就能自发地工作。
总结起来，激光器的基本工作原理包括增益介质激发、光放大和反馈。
增益介质吸收能量，使得电子在高能级积累。
然后，这些能级的电子自发地跃迁回低能级，放出能量，经过多次反射和放大后形成激光光束。
反馈机制保证了光子与高能级电子频繁相互作用，从而增加光的强度。
这些工作原理的结合使得激光器成为一种非常重要的光学工具和应用装置。
激光原理第九章
2．半导体激光二极管激励 用波长与激光工作物质吸收波长相匹配的激光作激励光源将大大提高激光器效率。
Nd：YAG宽约30nm的810nm泵浦吸收带中含合多条吸收谱线，809nm的半导体激光二极管输出光泵 浦可以准确地对准此吸收带中带宽约2nm的809nm吸收谱线。半导体激光二极管激励的固体激光器的总 效率为7％—20％。
CO2激光器的谐振腔大多采用平凹腔，由于其增益高．也可采用非稳腔以增加其模体积。
高反射镜可用金属制成，也可在玻璃表面镀以金膜，输出端可采用小孔耦合方式或由可透 过红外光的Ge、GaAs等材料制成输出窗。
1、纵向慢流CO2激光器 气体从放电管一端流入，另一端抽走，气流、电流和光轴方向一致。气流目的是排除CO2与电子碰
一、光泵激励 光激励又可分为气体放电灯激励和半导体激光器激励两种方式。 1、气体放电灯激励
以气体放电灯为激励光源是广为采用的激励方式，脉冲激光器采用脉冲氖灯，连续激光器 采用氖灯或碘钨灯。
气体放电灯激励的能量转换环节多，其辐射光谱很宽、只有一部分能量分布在激光工作物质的有效 吸收带内，通常L约为15％，激光器的效率较低，常用的Nd：YAG激光器的效率约为1％—3％
有小型化、全固态、长寿命及热效应小等优点。单个半导体激光器功率已越过1w，半导体激光器列阵 功率达数百瓦。
工作物质的泵浦吸收谱线和已有大功率半导体激光器发射波长匹配是构成半导体激光器泵浦的固 体激光器的必要条件。适于构成此类激光器的固体工作物质有Nd：YAG，Nd：YVO4，Nd：YLF， Tm、Ho：YAG。为了使波长准确匹配，对半导体激光器的温度加以控制。
钕玻璃的荧光寿命长，易于积累高能级粒子。容易制成光学均匀性优良的大尺寸材料，可用 于大能量大功率激光器。
输出能量已达上万焦耳。荧光线宽较宽，适于制成锁模器件，钕玻璃锁模激光器可产生脉 宽小于1ps的超短光脉冲。钕玻璃的热导率低，振荡阈值又较高，因此不宜用于连续和高重 复率运转。
激光器电路原理
激光器电路原理
激光器电路的工作原理是通过激发一定的材料，使其产生激光。
激光器电路通常由四个部分组成：激发电路、放大电路、瞬变保护电路和调制电路。
激励电路是激励激光器材料的电路。
在激光器材料中注入电流或放电电压，以激发原子或分子的粒子运动。
当它们跃迁到低能级状态时，它们会放出激光。
放大电路或增益电路用于将激发电流或电压放大到足以产生激光的水平。
激光信号通过高品质放大器被放大。
瞬变保护电路用于保护激光器电路免受瞬变电压的影响。
在激光器操作时，设备可能会遭遇意外的过压情况，因此瞬变保护电路是必不可少的电路部分。
调制电路用于改变激光器信号的相位、幅度和频率。
这可以实现对激光器信号的控制和调节，主要用于激光器在通信、测量和精密加工等领域的应用中。
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激光器激励原理—固体激光器1311310黄汉青1311343张旭日辅导老师：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1引用世界上第一台激光器—红宝石激光器（固体激光器）于1960年7月诞生了，距今已有整整五十年了。
在这五十年时间里固体激光的发展与应用研究有了极大的飞跃，并且对人类社会产生了巨大的影响。
固体激光器从其诞生开始至今，一直是备受关注。
其输出能量大，峰值功率高，结构紧凑牢固耐用，因此在各方面都得到了广泛的用途，其价值不言而喻。
正是由于这些突出的特点，其在工业、国防、医疗、科研等方面得到了广泛的应用，给我们的现实生活带了许多便利。
未来的固体激光器将朝着以下几个方向发展：a)高功率及高能量b)超短脉冲激光c)高便携性d)低成本高质量现在，激光应用已经遍及光学、医学、原子能、天文、地理、海洋等领域，它标志着新技术革命的发展。
诚然，如果将激光发展的历史与电子学及航空发展的历史相比，你不得不意识到现在还是激光发展的早期阶段，更令人激动的美好前景将要来到。
2激光与激光器2.1激光2.1.1激光（LASER）激光的英文名——LASER，是英语词组Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation（受激辐射的光放大）的缩写[1]。
2.1.2产生激光的条件产生激光有三个必要的条件[2]：1)有提供放大作用的增益介质作为激光工作物质，其激活粒子（原子、分子或离子）有适合于产生受激辐射的能级结构；2)有外界激励源，将下能级的粒子抽运到上能级，使激光上下能级之间产生粒子数反转；3)有光学谐振腔，增长激活介质的工作长度，控制光束的传播方向，选择被放大的受激辐射光频率以提高单色性。
3固体激光器3.1工作原理和基本结构在固体激光器中，由泵浦系统辐射的光能，经过聚焦腔，使在固体工作物质中的激活粒子能够有效的吸收光能，让工作物质中形成粒子数反转，通过谐振腔，从而输出激光。
如图1所示,固体激光器的基本结构（有部分结构没有画出）。
固体激光器主要由工作物质、泵浦系统、聚光系统、光学谐振腔及冷却与滤光系统等五个部分组成[4]。
图1 固体激光器的基本结构1)工作物质工作物质——激光器的核心，是由激活粒子（都为金属）和基质两部分组成，激活粒子的能级结构决定了激光的光谱特性和荧光寿命等激光特性，基质主要决定了工作物质的理化性质。
根据激活粒子的能级结构形式，可分为三能级系统（例如红宝石激光器）与四能级系统（例如Er：YAG激光器）。
工作物质的形状目前常用的主要有四种：圆柱形（目前使用最多）、平板形、圆盘形及管状[5]。
2)泵浦系统泵浦源能够提供能量使工作物质中上下能级间的粒子数翻转，目前主要采用光泵浦。
泵浦光源需要满足两个基本条件：有很高的发光效率和辐射光的光谱特性应与工作物质的吸收光谱相匹配。
3)聚光系统聚光腔的作用有两个[6]：一个是将泵浦源与工作物质有效的耦合；另一个是决定激光物质上泵浦光密度的分布，从而影响到输出光束的均匀性、发散度和光学畸变。
工作物质和泵浦源都安装在聚光腔内，因此聚光腔的优劣直接影响泵浦的效率及工作性能。
如下图3所示为椭圆柱聚光腔，是目前小型固体激光器最常采用的。
图3 椭圆柱聚光腔4)光学谐振腔光学谐振腔由全反射镜和部分反射镜组成，是固体激光器的重要组成部分。
光学谐振腔除了提供光学正反馈维持激光持续振荡以形成受激发射，还对振荡光束的方向和频率进行限制，以保证输出激光的高单色性和高定向性。
最简单常用的固体激光器的光学谐振腔是由相向放置的两平面镜（或球面镜）构成。
5)冷却与滤光系统冷却与滤光系统是激光器必不可少的辅助装置。
固体激光器工作时会产生比较严重的热效应，所以通常都要采取冷却措施。
主要是对激光工作物质、泵浦系统和聚光腔进行冷却，以保证激光器的正常使用及器材的保护。
冷却方法有液体冷却、气体冷却和传导冷却，但目前使用最广泛的是液体冷却方法。
要获得高单色性的激光束，滤光系统起了很大的作用。
滤光系统能够将大部分的泵浦光和其他一些干扰光过滤，使得输出的激光单色性非常好。
3.2 典型的固体激光器3.2.1 红宝石激光器（+3Cr :32O Al ）红宝石是由蓝宝石（32O Al ）中掺入少量的氧化铬（23Cr O ）而形成。
红宝石激光器的工作物质是+3Cr :32O Al ，其中，32O Al 作为基质晶体，+3Cr 是发光的激活粒子，光谱特性与+3Cr 的能级结构有关，它是三能级系统。
如下图4所示为红宝石晶体+3Cr 能级图[7]。
在室温情况下，红宝石激光器一般输出694.3nm 的红光。
红宝石激光器的有一些非常突出的优点：机械强度好，高功率密度，大尺寸晶体，亚稳态寿命长，高能量单模输出。
当然也有一些很明显的缺点：阈值高，温度效应明显。
所以只能在低温下连续与高重复率运行。
3.3 固体激光器的优缺点固体激光器主要优点：1) 输出能量大，峰值功率高。
在固体激光器中，由于中心粒子的 能级结构，能够输出大能量，并且峰值功率高。
这个是固体激光器非常突出的优点。
2) 结构紧凑耐用，价格适宜。
和其他类型的激光器相比，固 体激光器的结构非常简单并且非常耐用，同时价格相对适宜。
3) 材料种类数量多。
固体激光器的工作物质的种类非常多，到目 前为止至少有一百多种，而且大有增长的趋势。
大量高性能的材料的出现，是固体激光器的性能进一步的提高。
固体激光器的主要缺点：1)温度效益比较严重，发热量大。
正是由于输出能量大，峰值功率高，导致热效应非常明显，因此固体激光器不得不配置冷却系统，才能保证固体激光器的正常连续使用。
2)转换效率相对较低。
固体激光器的总体效率非常低，例如红宝石激光器的为0.5%~1%左右，YAG激光器的总体效率为1%~2%，在最好的情况下可接近3%。
可见固体激光器的效率提高还有很大的空间。
4固体激光器的应用固体激光器在军事、加工、医疗和科学研究领域有广泛的用途。
它常用于测距、跟踪、制导、打孔、切割和焊接、半导体材料退火、电子器件微加工、大气检测、光谱研究、外科和眼科手术、等离子体诊断、脉冲全息照相以及激光核聚变等方面。
4.1工业制造激光加工是激光系统最常用的应用。
根据激光束与材料相互作用的机理，大体可将激光加工分为激光热加工和光化学反应加工两类。
激光热加工是指利用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程，包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、激光钻孔和微加工等；光化学反应加工是指激光束照射到物体，借助高密度高能光子引发或控制光化学反应的加工过程。
包括光化学沉积、立体光刻、激光刻蚀等。
这里我们主要来看看固体激光器的加工应用。
1)激光切割技术激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中，可大大减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量。
激光切割是应用激光聚焦后产生的高功率密度能量来实现的。
与传统的板材加工方法相比，激光切割其具有高的切割质量、高的切割速度、高的柔性(可随意切割任意形状)、广泛的材料适应性等优点。
目前常采用1.06 m波长的YAG激光束。
2)激光焊接技术激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一，焊接过程属热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。
由于其独特的优点，已成功地应用于微小型零件焊接中。
与其它焊接技术比较，激光焊接的主要优点是：激光焊接速度快、深度大、变形小，能在室温或特殊的条件下进行焊接，焊接设备装置简单[16]。
5结束语固体激光器是以掺杂的玻璃、晶体或透明陶瓷等固体材料为工作物质的激光器。
从世界上第一台激光器发明至今，固体激光技术取得了很大的发展，主要表现三个方面：第一是工作物质不断改进。
最初是红宝石激光器，后来出现了钕玻璃和掺钕钇铝石榴石激光器，现在又有了掺钕镓钆石榴石激光器。
还有报道称，目前出现了以陶瓷为基质的新型激光材料。
第二是泵浦光源的改进。
最初是闪光灯，后来发展为弧光灯，现在出现了高功率激光二极管泵浦。
第三是工作物质结构的改变。
从最初的棒式结构发展成板条式，又到后来的光纤式结构。
固体激光器的发展趋势是材料和器件的多样化，包括寻求新波长和工作波长可调谐的新工作物质，提高激光器的转换效率，增大输出功率，改善光束质量，压缩脉冲宽度，提高可靠性和延长工作寿命等。
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