红宝石激光器
激光器的分类
激光器的分类自从上世纪60年代以来，激光器已经发展出了众多类型，主要包括不同的工作介质、不同的脉宽，因此我们按照激光器的工作介质和输出脉冲两个思路对目前主要的激光器进行分类，并且介绍相关的激光术语。
按激光工作介质，激光器可以分为固体激光器、气体激光器、半导体激光器、光纤激光器、染料激光器和自由电子激光器。
固体激光器(晶体，玻璃)：在基质材料中掺入激活离子而制成，都是采用光泵浦的方式激励。
1）钕玻璃激光器：在玻璃中掺入稀土元素钕做工作物质，输出波长：λ=1.053μm2）红宝石激光器：输出波长：λ=694.3nm，输出线宽：∆λ=0.01∼0.1nm工作方式：连续，脉冲3）掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)：YAG晶体内掺进稀土元素钕，输出波长：λ=1064nm,914nm,1319nm工作方式：连续，高重复率脉冲连续波可调谐钛蓝宝石激光器：输出波长：λ=675∼1100nm气体激光器：在单色性/光束稳定性方面比固体/半导体/液体激光器优越，频率稳定性好，是很好的相干光源，可实现最大功率连续输出，结构简单，造价低，转换效率高。
谱线丰富，多达数千种(160nm--4mm)。
工作方式：连续运转(大多数)1）氦-氖激光器：常用的为λ=632.8nm根据选择的工作条件激光器可以输出近红外，红光，黄光，绿光(λ=3.39μm,1.15μm)2）CO2激光器：λ=10.6μm3）氩离子气体激光器：λ=488nm,514.5nm4）氦-镉激光器：波长为325nm的紫外辐射和441.6nm的蓝光5）铜蒸汽激光器：波长510.5nm的绿光和578.2nm的黄光6）氮分子激光器：紫外光，常见波长：337.1nm，357.7nm半导体激光器：由不同组分的半导体材料做成激光有源区和约束区的激光器；体积最小，重量最轻，使用寿命长，有效使用时间超过10万小时。
工作物质包括GaAS(砷化镓)，InAS(砷化铟)，Insb(锑化铟)，CdS(硫化镉)。
红宝石激光器讲解
红宝石激光器（三能级系统）
E3 E3 (10-9s) E3
(10-3s)
E2
E2
E2
h
E1
E1
E1
在Xe（氙）灯照射下，红宝石晶体中原来处于基态E1的粒 子，吸收了Xe灯发射的光子而被激发到E3能级。粒子在 E3能级的平均寿命很短（约10-9秒）。大部分粒子通过无 辐射跃迁到达激光上能级E2。粒子在E2能级的寿命很长， 可达3×10-3秒。所以在E2能级上积累起大量粒子，形成 E2和E1之间的粒子数反转，此时晶体对频率ν满足hV＝ E2—E1的成分就被放大。
• 眼科：用于视网膜的焊接，治疗青光眼，虹膜的 切除等；
激光的首次在医学上 的成功应用是进行眼 内手术，无需要切开 眼球。早在1962年， 一台红宝石激光器将 病人脱落的视网膜与 眼球重新连接，使他 恢复了视力。
红宝石激光器医学应用
• 皮肤科：用于照射治疗； 红宝石激光器是1960年世界上制成的第一台激光 器，也是最早应用于医疗上的激光器。 • 红宝石激光器波长为694.3nm的可见红光，这种 波长的激光最不易被氧合血红蛋白吸收，而黑色 素对其吸收率较高，尤其适用于各种色素性疾病。 • 临床常用其长脉冲模式，深入皮肤真皮层，破坏 毛囊，永久性去除身体多余毛发； • 调Q模式，使黑色素细胞大量吸热，并在超脉冲 波的作用下破裂分解，可有效治疗蓝、黑和绿色 文身及各种良性色素性病变。
激光的诞生
1960 年 5 月 15 日 ， 美 国 加利福尼亚州休斯实验 室的科学家梅曼设计和 建造了一台小型的激光 发生器。他将闪光灯线 圈缠绕在指尖大小的红 宝石棒上，从而产生一 条相当集中的纤细红色 光柱，当它射向某一点 时，可使这一点达到比 太阳还高的温度 ，激光 时代由此开启，从此和 人们的生活息息相关。
第一台激光器——红宝石固体激光器
第一台激光器——红宝石固体激光器摘要：本文主要回顾了第一台激光器的研制历程，介绍了红宝石激光器的工作原理和它的发明者梅曼先生。
一、发展历程1917年，爱因斯坦(Einstein)在气体平衡计算的工作中，发现在自然界存在着两种发光形式:一种是自发辐射，一种是受激辐射。
前者指的是自然光的发光形式，而第二种正是产生激光的基础理论。
激光的定义就是:“利用辐射的受激辐射实现的光放大”( Light amplification by the stimulated emission of radiation )。
爱因斯坦的观点被当时的第一次世界大战的枪炮声所淹没，对于受激辐射这一重妥概念的意义没有被人们及时认识到.1921年，发明磁控管，从此开始了微波的研究。
1927年，狄拉克(Dirac)根据感应辐射的属性提出创制星子书瞬浮的建议。
1934年，克赖克汤和威廉}i} i}i}于振荡器发现了电磁波和分a:.的相互作用。
这是最旱期的电磁波谱学实验。
30年代，一些科学家建立的量子力学理论，使爱因斯坦的这两种发光形式的物理内容得到更为深刻的阐明。
同时，近代光谱学的发展，也为激光光的出现奠定了的理论基础.1944年，扎沃依斯基发现了电子的顺磁共振，打下了对微波波段电子顺磁能级研究的基础.1945年第二次世界大战结束以后，大扰物理学家问到大学工作，在大学里建起了强大的新设备.他们开始着手进行微波波谱学山研究。
当时，韦伯(Webber )、法布里肯特、巴索夫(tacos)和普罗霍洛夫(11po1。
二。
)以及汤斯("l}ow'nes)等科学家分别提出了用受激辐射获得放大的设想。
这是激光理论发展的重要起点.1946年在美、英两国几乎同时发现氨谱线中的精细结构和超精细结构。
关于波谱学最显著的成果是发现氢原子谱-的兰姆位移。
这是哥伦比亚大学的兰姆( Larnb)和另一同事的共同成果。
他们曾具休地论述了观测净受激发射(负吸收)的可能性，明确指出了粒子数反转能够在何种状态实现，并针对一定的入射波，粗略计算了它的增益。
红宝石激光器结构1
红宝石激光器是世界上最早实现激光输出的器件，它是一种输出波长为694.nm（红光）的脉冲器件。
它具有输出能量大、峰值功率高、结构紧凑、使用方便等优点。
目前已广泛应用于打孔划片、动态全息、信息存储等方面。
固体红宝石激光器通常由工作物质、谐振腔、泵浦光源和聚光腔所组成。
1．工作物质。
红宝石激光器以掺杂离子型绝缘晶体红宝石棒为工作物质。
红宝石激光晶体是以刚玉（或称白宝石）单晶为基质，掺入金属铬离子（Cr3+）为激活粒子所组成的晶体激光材料。
呈淡红色，其掺杂波度一般为0.05％（重量）。
工作物质要求有较好的光学质量。
在红宝石晶体中，Cr3+的吸收带有两个，分别在410nm和560nm波长附近，吸收带宽度约为100nm波长左右。
2.光泵。
红宝石激光器采用光激励，脉冲激光器中一般采用发光效率较高的脉冲氙灯。
脉冲氙灯用石英管制成，两端用过渡玻璃封以钍钨电极，管内充以300-500Torr氙气。
灯管由高压充电电源和高压触发器控制点燃。
3．聚光腔。
为了使光泵的光更集中地照射在激光棒上，常用的聚光腔有：圆柱面聚光腔、单椭圆柱面聚光腔、双椭圆柱面聚光腔。
为提高对光线的反射率聚光腔常采用黄铜或不锈钢材料制成，内壁经抛光处理后镀银。
4．光学谐振腔。
红宝石激光器谐振腔多采用平行平面镜腔，全反射镜是反射率为99％以上的多层介质膜，输出镜透过率为50％以上。
近年来，为了减小激光光斑尺寸，也有采用平凹腔结构的，全反射镜采用凹球面镜，其曲率半径约为腔长的3－4倍。
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。
红宝石激光器的工作原理
红宝石激光器的工作原理
红宝石激光器是一种基于红宝石晶体的固态激光器，其工作原理如下：
1. 激发能级提升：在激光器中加入适当的能量源，如闪光灯或光电二极管。
能量源的光子会被吸收并转移给红宝石晶体中的某些电子，使其从基态跃迁到激发态能级。
2. 跃迁的受限：由于红宝石的晶格结构特殊，一部分电子在激发态能级之间会被晶格约束，无法自由跃迁到更低的激发态能级或者基态。
这种约束称为受限跃迁。
3. 受限路线的选择：受限在激发态能级之间的电子需要通过特定的能级间跃迁路径释放能量。
在红宝石晶体中，这些路径可分为两大类，即：晶格振动和与由色心引起的电子关联的激发态能级跃迁。
4. 各能级之间的跃迁：受限跃迁导致电子逐渐在不同的激发态能级之间进行跃迁，释放出储存的激发能。
这些激发态能级之间的跃迁在一定能级差的作用下频率集中，形成了激光所需要的狭窄频谱线。
5. 反射与放大：在激光腔中，红宝石晶体的一端是高反射率镜，另一端是部分透射镜。
激光腔中的激光在腔内来回反射，不断受到能级之间的跃迁放大。
同时，部分透射镜允许一部分光线从腔中逃逸，形成激光输出。
6. 激光输出：通过连续激发和放大过程，红宝石激光器将电能转化为激光能，从而实现激光输出。
激光的特性取决于红宝石晶体中能级结构和激发能源的特点，如光谱线宽度、脉冲宽度和功率等。
综上所述，红宝石激光器利用红宝石晶体中特定的能级结构和受限跃迁的特性，通过能级间的跃迁释放激发能量，最终实现激光输出。
红宝石激光器的工作原理
红宝石激光器的工作原理红宝石激光器是一种利用红宝石晶体产生激光的装置。
它的工作原理基于激光的受激辐射，通过加载能量到红宝石晶体中，使晶体产生激光放大效应。
首先，让我们来了解红宝石晶体的结构和性质。
红宝石晶体的结构是由氧化铝（Al2O3）组成的，其中掺杂有少量的铬离子（Cr3+）。
这些掺杂的铬离子是红宝石激光器产生激光的关键。
在红宝石激光器中，首先通过能量输入装置将能量传递到红宝石晶体中。
这个能量输入装置通常是一个弧光灯，它会通过通电形成电弧，产生高温和高压的气体，进而激发红宝石晶体。
在激发的过程中，红宝石晶体会吸收能量并使其原子的电子跃迁到高能级。
这个高能级是红宝石晶体内激光产生的起始位置。
在这个高能级上，电子处于不稳定的状态，会很快回到基态。
当电子从高能级回到基态时，会通过辐射的方式释放能量。
这个能量释放的过程中，电子会向基态过渡并释放光子。
这些光子具有相同的频率和相位，并且在晶体中以一定的模式传播。
此时，一个光学谐振腔被放置在红宝石晶体的两端。
这个光学谐振腔由两个高反射镜和一个部分透射镜组成，用于反射和放大激光。
当光子从红宝石晶体中发射出来时，它们会在光学谐振腔中来回地反射。
反射的光子与基态的电子再次发生能量交换，更多的光子被释放，这就是激光放大效应。
在光学谐振腔中，激光光束会不断被反射和放大，最终形成一个强大且定向的激光束。
为了维持激光的连续输出，需要一个能量反馈机制。
在红宝石激光器中，一个部分透射镜会允许一小部分光子从光学谐振腔中逸出。
这些逸出的光子会被光学器件收集起来，通过反馈系统传递回红宝石晶体，补充能量。
这样，红宝石晶体就能够持续地产生激光输出。
总结一下，红宝石激光器的工作原理是通过加载能量到红宝石晶体中，使晶体产生激光放大效应。
在这个过程中，红宝石晶体的铬离子扮演着重要的角色，通过光子的辐射和电子的能量交换释放激光。
激光通过光学谐振腔的反射和放大，最终形成一个强大和定向性的激光束。
红宝石激光器原理
红宝石激光器原理咱们今儿个聊聊红宝石激光器，这玩意儿可不光听着高大上，实际上也是科技圈里的一颗璀璨明珠，闪耀着智慧的光芒。
咱们就手牵手，一步步揭开它的神秘面纱，用最接地气的方式，聊聊它的来龙去脉。
一、红宝石的魔力初现1.1 缘起：石头里的光想当年，科学家们在实验室里捣鼓着各种材料，想找到能发光发热的宝贝。
这不，红宝石就这么不经意地闯入了他们的视线。
这红宝石啊，不仅颜色诱人，还藏着个不为人知的秘密——它能发光！这可不是普通的发光，而是能发射出激光的那种，厉害吧！1.2 激光的奥秘激光，简单来说，就是特别纯、特别亮、还特别直的光线。
它像一把无形的剑，能穿透很多物质，还能在远处保持能量不散。
红宝石激光器，就是利用红宝石里的某些特性，把这股力量激发出来。
二、红宝石激光器的诞生记2.1 从理论到实践的跨越理论总是美好的，但要把它变成现实可不容易。
科学家们得琢磨怎么给红宝石加点料，让它心甘情愿地发出激光。
经过无数次的尝试和失败，他们终于找到了那个“魔法配方”——掺杂点别的元素进去，再给它来点外部刺激，比如用强光或者电流。
嘿，这招还真灵！2.2 点亮第一束激光当第一束红宝石激光从实验装置中射出时，整个实验室都沸腾了。
那光线，就像夜空中最亮的星，照亮了科学探索的新道路。
那一刻，红宝石激光器正式诞生，成为了激光技术史上的一个重要里程碑。
2.3 从实验室走向生活随着技术的不断成熟和完善，红宝石激光器开始走出实验室，走进了我们的生活。
从医疗手术到工业加工，从科研探索到艺术创作，它的身影无处不在。
它就像一位多才多艺的艺术家，用光的力量在各个领域描绘着属于自己的精彩画卷。
三、红宝石激光器的魅力所在3.1 精准无比红宝石激光器发出的光线特别直、特别细，就像一根无形的针线，能够精确地定位到目标上。
这种精准性使得它在医疗手术中能够减少创伤和疼痛；在工业加工中能够提高精度和效率。
3.2 能量强大别看它只是一束光，但能量可是杠杠的。
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红宝石激光器
红宝石激光器的工作物质是红宝石棒。
在激光器的设想提出不久，红宝石就被首先用来制成了世界上第一台激光器。
激光用红宝石晶体的基质是Al2O3，晶体内掺有约0.05%（重量比）的Gr2O3。
Cr3+密度约为，1.58×1019/厘米3。
Cr3+在晶体中取代Al3+位置而均匀分布在其中，光学上属于负单轴晶体。
在Xe（氙）灯照射下，红宝石晶体中原来处于基态E1的粒子，吸收了Xe灯发射的光子而被激发到E3能级。
粒子在E3能级的平均寿命很短（约10-9秒）。
大部分粒子通过无辐射跃迁到达激光上能级E2。
粒子在E2能级的寿命很长，可达3×10-3秒。
所以在E2能级上积累起大量粒子，形成E2和E1之间的粒子数反转，此时晶体对频率ν满足hν＝E2—E1（其中h为普朗克常数，E2、E1分别为激光上、下能级的能量）的光子有放大作用，即对该频率的光有增益。
当增益G足够大，能满足阈值条件时，就在部分反射镜端有波长为6943×10-10米的激光输出。
▃ ▄ ▅ ▆ ▇ █ █ ■ ▓点亮心灯 ~~~///(^v^)\\\~~~ 照亮人生▃ ▄ ▅ ▆ ▇ █ █ ■ ▓。