常见激光器结构及器件功能介绍
各种激光器的介绍
各种激光器的介绍激光（Laser）是光学与物理学领域中的重要研究方向之一，也是现代科学中应用最广泛的光源之一、激光器是产生、放大和产生激光的装置，它能够使光以高度有序的方式输出，并具有高度相干和高度定向的特性。
激光器可以根据不同的工作原理和激光频率，分为多种类型，下面将为大家介绍几种常见的激光器。
1. 固体激光器（Solid State laser）：固体激光器是利用固体材料作为介质的激光器。
固体激光器的工作物质通常为具有特殊能级结构的晶体或玻璃材料。
最早的固体激光器是由人工合成的红宝石晶体制成的。
它具有高度的可靠性、较高的功率输出和较宽的谱段覆盖等特点，广泛应用于医疗、测量、通信、材料加工等领域。
2. 气体激光器（Gas laser）：气体激光器是利用气体作为活性介质的激光器。
常见的气体激光器有二氧化碳激光器、氦氖激光器等。
其中，二氧化碳激光器是最早被发现和研究的激光器之一，具有连续激光输出、较高的功率密度和中远红外波段特点，广泛应用于材料加工、切割、医疗等领域。
3. 半导体激光器（Semiconductor laser）：半导体激光器是利用半导体材料作为活性介质的激光器。
它是目前应用最广泛的激光器之一，常见的有激光二极管（LD）和垂直腔面发射激光器（VCSEL）。
半导体激光器具有小巧轻便、功耗低、寿命长等特点，广泛应用于激光显示、光通信、生物医学等领域。
4. 光纤激光器（Fiber laser）：光纤激光器是利用光纤作为反射镜和放大介质的激光器。
它采用光纤的内部介质作为激光器的活性介质，激光通过光纤进行传输和放大。
光纤激光器具有高度稳定性、方便携带、适用于长距离传输等特点，广泛应用于材料加工、制造业、激光雷达等领域。
5. 半导体泵浦固体激光器（Diode-pumped solid-state laser）：半导体泵浦固体激光器是利用半导体激光器（如激光二极管）泵浦固体材料产生激光的激光器。
它继承了固体激光器的高功率、高效率和稳定性等特点，同时又具有半导体激光器小尺寸、低功耗等优势。
常见激光器结构及器件功能介绍
常见激光器结构及器件功能介绍激光器是一种产生、放大和聚焦激光光束的器件。
它在现代科学、医疗、工业和战争等领域都有广泛的应用。
常见的激光器结构主要包括激光介质、泵浦源、光学谐振腔和输出窗口等部分。
下面将对这些部分的功能进行详细介绍。
1.激光介质：激光介质是激光器的核心部件，它能够使电能或光能转化为激光能量。
常见的激光介质包括气体（如二氧化碳、氩等）、固体（如Nd:YAG晶体）和液体（如染料溶液）等。
不同激光介质具有不同的特性，决定了激光器的输出特点。
2.泵浦源：泵浦源是激光器产生激光能量的能源，它对激光介质进行能量输入，使之达到激发态。
常见的泵浦源包括电子激发（如气体放电、闪光灯等）、光学激发（如半导体激光二极管、固体激光晶体等）和化学激发（如染料激光器）等。
泵浦源的选择决定了激光器的效率和波长等参数。
3.光学谐振腔：光学谐振腔是激光器中光的来回传播的空间，在谐振腔内激光能量发生倍增和光模式形成。
常见的光学谐振腔包括平面腔、球面腔和折射腔等。
谐振腔的结构和参数决定了激光器的输出特征，如脉冲宽度、线宽和波前质量等。
4.输出窗口：输出窗口是激光器中激光能量传出的接口，它具有透过激光的特性，并使激光尽量少损耗。
常见的输出窗口材料包括光学玻璃、光纤和光学晶体等。
输出窗口的选择和设计是影响激光器输出功率和光束质量的重要因素。
除了上述部分，激光器还包括一些辅助器件和系统，如冷却系统、调谐器和稳频器等，它们的功能主要有以下几个方面：1.冷却系统：激光器在工作过程中会产生大量的热量，需要通过冷却系统来散热，以保持激光介质和泵浦源的稳定性。
常见的冷却方式包括空气冷却、水冷却和制冷剂冷却等。
2.调谐器：激光器的波长可能需要进行调整，以适应不同应用的需求。
调谐器通过改变光学谐振腔的长度或谐振性能，实现激光器波长的可调。
3.稳频器：激光器的频率稳定度对一些应用非常重要。
稳频器通过使用反馈调节和控制系统，使激光器的频率保持在目标值附近的范围内。
常见激光器结构及器件功能介绍
例如：DRACO-11D30-L
该型号代表的激光器型号是： 1064nm波长、Nd:YVO4晶体、双二极管泵浦、
30W激光管、长脉宽
只需根据型号，便可知该激光器大致参数，便于 对不同的应用选择不同激光器
各型号激光器参数
型号
参数 激光波长 光束质量M2 最大输出功率 激光脉宽范围
DRACO-11D30-L DRACO-11D30 DRACO-11D40 DRACO-12D30-L DRACO-51D30 DRACO-51D40 DRACO-51S40 DRACO-11S40 DRACO-52D30-S
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
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
分类
腔内倍频
Q
LBO Nd:YVO4
腔外倍频
Q
Nd:YVO4
LBO
打 C标O2机激光用器到，的新激锐、光相器干、自制
YAG灯泵浦固体激光器
kr lamp Nd:YAG rod
侧面泵浦固体激光器
LD
Nd:YAG rod
端面泵浦固体激光器
LD Nd:YAG Nd:YVO4 光纤激光器 IPG ,SPI
4、多参量的输出 复杂的、高要求的应用需要针对性强的激光输出参 量。 “DRACO”作为一个激光器平台，通过多重冗余 设计，可实现不同激光波长、不同激光功率、不同激 光脉宽等的组合输出，最大限度满足各个行业应用的 需要。
1-3激光器的基本组成及典型激光器介绍
2019年8月22日星期四
理学院 物理系
§ 1-3 典型激光器简介
1、工作物质——激光产生的内因，实现粒子 数反转和产生光的受激辐射作用的物质体系。
☞ 激励只是一个外部条件，激光的产生还取决于
合适的工作物质。
☞ 二能级系统能否实现粒子数反转???
☞ 亚稳能级：需要一个可以有较长寿命且能贮存 大量粒子的能级，经过不断激发，粒子数反转就 能实现，这样的能级称为“亚稳能级”。
核能激励——用核裂变反应放出的高能粒子、放射线或裂变 碎片等来激励工作物质，也可实现粒子数反转；
2019年8月22日星期四
理学院 物理系
§ 1-3 典型激光器简介
3、谐振腔：形成激光振荡的必要条件；对输出
的模式、功率、光束发散角等均有很大影响。
谐振腔的作用：模式选择、提供轴向光波模的 反馈，产生光放大； 谐振腔的组成：谐振腔由全反射镜和部分反射 镜（输出反射镜）组成，激光由部分反射镜输 出。根据实际情况选用稳定腔、非稳腔或临界 稳定腔。
2019年8月22日星期四
理学院 物理系
§ 1-3 典型激光器简介
一般固体激光器：由工作物质、泵浦系统、谐振 腔和冷却滤ห้องสมุดไป่ตู้系统四个主要部分组成。
基 工作 质 物质 掺
杂 泵浦系统
激光波长
红宝石激光器 刚玉晶体 （Al2O3）
Nd:YAG 激光器 钇铝石榴石晶体 Y3Al5O12
Cr2O3
Nd2O3
§ 1-3 典型激光器简介
☞ 激励不仅要快，还有强有力；
☞ 激励作用是通过消耗一定的能量来实现的，产生 受激辐射所需要的最小激励能量称为激光器的阈值 （threshold）；
☞ 激励方式（Practical laser materials can be pumped in many ways.）：光、电、化学、原子能；
简述一台激光器的主要组成部分及其作用
简述一台激光器的主要组成部分及其作用1.引言1.1 概述概述激光器是一种能够产生高能、高亮度、单色、相干的激光光束的设备。
它在科学研究、医学、工业生产以及通信等领域都有广泛的应用。
激光器的主要组成部分包括光源和激光介质，它们各自担负着不同的作用，共同实现激光的发射。
在激光器中，光源是产生激光所需的能量源。
光源可以是光电器件、气体放电管、固体或液体激光材料等，其作用是提供能量以激发激光介质中的原子或分子跃迁，从而产生激光。
光源的选择和性能直接影响着激光器的输出功率、频率特性和光束质量。
激光介质是激光器中的一个重要组成部分，它通常由激光材料制成。
激光介质中的原子或分子能够被光源中的能量激发，产生受激辐射并反转粒子的能级分布，最终导致激光的发射。
激光介质的选择和性能决定着激光器的输出光束特性，如激光波长、光束质量、相干性等。
在本篇文章中，我们将详细介绍激光器的主要组成部分以及它们的作用。
通过对光源和激光介质的深入了解，读者将能够更好地理解激光器的工作原理和应用。
同时，我们也将探讨光源和激光介质的选择与优化对激光器性能的影响，为读者在实际应用中提供一定的指导和参考。
本文的目的是为读者提供一个全面而简明的激光器基础知识概述，并帮助读者更好地理解激光器的组成和作用。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容：在本文中，将详细介绍一台激光器的主要组成部分及其作用。
文章主要分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分将对本文的主题进行概述，并介绍文章的结构和目的。
首先，将简要说明激光器的重要性和广泛应用领域。
然后，说明本文将重点介绍激光器的主要组成部分及其作用。
正文部分是本文的主体，包括两个小节。
第一个小节将详细介绍激光器的主要组成部分，主要包括光源和激光介质。
对于光源，将介绍不同类型的光源以及它们的特点和用途。
对于激光介质，将介绍常用的激光介质材料及其特性。
第二个小节将探讨这些组成部分的作用。
具体来说，将讨论光源在激光器中起到的作用以及不同激光介质在激光发射中的作用机制。
激光器的结构原理及应用
激光器的结构原理及应用1. 激光器的结构激光器是一种将能量转换为激光光束的装置，由多个部件构成，包括：1.激光介质：通常由固体、气体或液体构成。
激光介质的选择取决于应用需求和波长要求。
2.光泵源：激光器需要外部能量源将其激活，常用的光泵源包括电子束、闪光灯、半导体激光二极管等。
3.光腔：光腔是激光器中的一个空腔，通过在光腔中反射和放大光子来产生激光。
有三种常见的光腔结构：Fabry-Perot腔、光纤腔和共振腔。
4.反射镜：放置在光腔的两端，用于产生光的反射和放大。
2. 激光器的工作原理激光器的工作原理可以分为三个步骤：激活、放大和辐射。
•激活：通过光泵源提供能量，激发激光介质中的粒子。
激光介质可以是固体、气体或液体，当粒子被激活时，它们会跃迁到一个高能级。
•放大：在光腔中，激活的粒子与光子相互作用，产生光的反射和放大。
这个过程在反射镜之间的来回反射中不断进行，光的强度逐渐增强。
•辐射：当光的强度达到一定程度时，激光会从反射镜中射出，形成一束高度聚焦的激光光束。
3. 激光器的应用激光器具有许多广泛的应用领域，包括但不限于以下几个方面：3.1 切割和焊接激光器可以通过将激光光束聚焦在物体表面，将其加热到高温并切割或焊接材料。
这种技术被广泛应用于金属切割、电子器件的焊接以及医疗手术中的组织切割。
3.2 医疗和美容激光器在医疗和美容领域有着广泛的应用，如激光治疗、激光除毛、激光去纹身等。
激光器的高度聚焦和可控性能够精确地处理皮肤问题，并缩短了康复时间。
3.3 通信激光器被广泛应用于光纤通信。
激光光束可以在光纤中传输大量的信息，并且具有低损耗和高带宽的优势。
激光器在光纤通信中起到了关键的作用。
3.4 材料加工激光器可以用于材料的刻蚀、打孔、表面改性等加工过程。
激光器的高度聚焦和较高的功率密度可以实现对微小细节的精确处理，广泛应用于电子元件的制造、印刷和纺织等行业。
3.5 科学研究激光器在科学研究中有着重要的应用，比如光谱分析、原子与分子物理、等离子体物理等领域。
常见激光器结构及器件功能介绍 PPT
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
典型激光器介绍大全(精华版)ppt课件
敏化剂
• 在晶体中除了发光中心的激活离子外，再掺入一种或多种 施主离子，主要作用是吸收激活离子不吸收的光谱能量， 并将吸收到的能量转移给激活离子。
• 双掺或多掺杂晶体生长困难，工艺复杂。
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27
1、红宝石的基本特性
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10
氦-镉激光器
以镉金属蒸气为发光物质，主要有两条连续 谱线，即波长为325nm的紫外辐射和441.6nm的蓝 光，典型输出功率分别为1～25mW和1～100mW。主 要应用领域包括活字印刷、血细胞计数、集成电 路芯片检验及激光诱导荧光实验等。
俄罗斯PLASMA公司的氦 镉激光器
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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。
特点：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。
输出波长范围：紫外、可见、红外 输出功率：mW、W、kW。
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14
DFB半导体激光器示意图
DBR半导体激光器示意图
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15
垂直腔面发射半导体激光器（VCSEL）
量子级联激光器(quantum cascade lasers, QCLs)
基于电子在半导体量 子阱中导带子带间跃 迁和声子辅助共振隧 穿原理的新型单极半 导体器件。
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16
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
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谱线已达数千种 (160nm~4mm)
工作方式：连续运转（大多数）
多数气体激光器有瞬时功率不高的弱点。
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激光器外形图
“DRACO”作为一个激光器平台，可根据应用需要灵 活组合不同的光学设计，实现不同波长、不同功率、 不同脉宽的组合输出。为了方便客户选型，制定了如 下型号命名规则：
EP系列打标机
EP-12和EP-25L
应用该激光器打标机型
EP-25S(DRACO)和EP-TWIN25S(DRACO)
绿激光系列
EP-G5 EP-G7 EP-G11
DRACO激光器平台--整合各类型端泵激光
YV器O4多种功率、 YAG多种功率、多
多种脉宽端泵
种脉宽端泵激光器
绿光多种功率、多 种脉宽端泵激光器
陶瓷腔
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
LD
Yb:YLP
解释打标机主要命名历史原因
侧面泵浦和端面泵浦的区别
泵浦光
泵浦光
激光
主要是泵浦方向的差别
全反镜 Q头
+
反射腔
小孔 半反镜
-
YAG灯泵浦固体激光器
全反镜
Q头
泵浦头
小孔 半反镜
侧面泵浦激光器
光纤
准直聚焦系统 全反镜 激光晶体 Q头 半反镜
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
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
1064nm <1.3 1064nm <1.3 1064nm <1.4 1064nm <1.3 532nm <1.4 532nm <1.4 532nm <1.4 1064nm <1.3 532nm <1.4
≥17W ≥20W ≥25W ≥15W ≥11W ≥15W ≥8W ≥15W ≥5W
50~200ns 20~100ns 20~100ns 50~200ns 15~60ns 15~60ns 20~80ns 20~100ns 5~30ns
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。
DRACO-11D30-L 长脉宽激光器
针对不同按键，由 按键行业部选用不 同的配置的打标机， 更贴近客户需求
激光二极管（LD）
光纤激光器
激光器的主要组成器件
激光器 灯泵浦 侧面泵浦 端面泵浦
泵浦源
氪灯 泵浦头 LD
工作物质 光学共振腔 其他元件
Nd:YAG Nd:YAG Nd:YVO4
全反镜
半反镜
Q开关 小孔光阑
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）
例如：DRACO-11D30-L
该型号代表的激光器型号是： 1064nm波长、Nd:YVO4晶体、双二极管泵浦、
30W激光管、长脉宽
只需根据型号，便可知该激光器大致参数，便于 对不同的应用选择不同激光器
各型号激光器大输出功率 激光脉宽范围
DRACO-11D30-L DRACO-11D30 DRACO-11D40 DRACO-12D30-L DRACO-51D30 DRACO-51D40 DRACO-51S40 DRACO-11S40 DRACO-52D30-S
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
激光倍频技术是指通过改变激光频率，使激光向 更短波长扩展，来获得范围更宽的激光波长。
每一种函数都能通过级数展开 激光倍频的基本原理是利用频率为υ的光穿过
某些晶体时，由于非线性效应产生各次谐波，针 对2次谐波倍频进行放大（角度匹配，o、e光折 射率），而抑制其他频率的谐波，而获得波长减 少一半的激光，如1064 nm的激光通过ktp倍频 晶体后可获得532 nm的激光。
分类
腔内倍频
Q
LBO Nd:YVO4
腔外倍频
Q
Nd:YVO4
LBO
打 C标O2机激光用器到，的新激锐、光相器干、自制
YAG灯泵浦固体激光器
kr lamp Nd:YAG rod
侧面泵浦固体激光器
LD
Nd:YAG rod
端面泵浦固体激光器
LD Nd:YAG Nd:YVO4 光纤激光器 IPG ,SPI
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
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
激光基本原理
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
调Q激光器与脉冲激光器对比，水塔