几种激光器的结构示意
常用激光器工作原理
E1
➢He-Ne激光器是典 型的四能级系统， 其激光谱线主要有 三条 : ➢3S2P 0.6328 ➢2S2P 1.15 ➢3S3P 3.39
下能级E1 能级E3 级E2
本上是空的。其激励能量要
激光要比三能级系统容易得 多。
一.固体激光器的基本结构与工作物质
固体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。 图5-1是长脉冲固体激光器的基本结构示意图(冷却、滤光系统未画出)。
激光的发射原理不同于常规光，不是各种能级加在一起的自发辐射产生的， 而是受激发射，各种能级的原子被泵浦到较高的一个激发态上，由于维持的 时间总体正态分布，大部分原子都在一段极短的时间内掉到同一个较低的能 态上，这种发射方式导致光处在几乎一致的能量水平，也就是我们平常所说 的激光单色性
综述.激光器发光原理
1、全反镜，6、半反镜，5、YAG棒产生震荡激光以后，在经过一个或者 两个YAG棒放大，可得到1064nn的激光光源。
2、调Q组件 4、偏振器 3、光阑
9、倍频晶体（变频器），可以改变激光的频率，输出1064nm 、532nm、 355nm的激光器的输出特性
固体激光器的基本结构示意图
YAG 激光器具有能量大、峰值功率高、结构较紧凑 、牢固耐用等优点, 广泛应 用于工业、国防、医疗、科研等领域。用调Q Nd: YAG 的谐波泵浦的可调谐染 料激光器,具有高功率、窄线宽的特点, 可用于光谱学、激光医疗与生物工程等科
工作物质
掺钕钇铝石榴石(Nd3＋：YAG) ➢工作物质:将一定比例的A12O3、Y2O3，和Nd2O3在单晶炉中进行熔化结晶而 成的，呈淡紫色。它的激活粒子是钕离子(Nd3＋)
1. 固体激光器的激光脉冲特性 ➢一般的脉冲固体激光器产生的激光脉冲是由一连串不规则振荡的短脉冲(或 称尖峰)组成的，各个短脉冲的持续时间约为(0.11)m，各短脉冲之间的间隔 约为(510) s。泵浦光愈强，短脉冲数目愈多，其包络峰值并不增加。
《激光原理》5-4半导体激光器
图(5-25) 费米能级的位置与杂质类型及掺杂浓度关系
③在重掺杂P型半导体中，费米能级向下移到价带中，低于费米能级的能带被电子 填满，高于费米能级的能态都是空的，价带中出现空穴——P型简并半导体 (图c);
④在重掺杂N型半导体中，费米能级向上移到导带中，低于费米能级的能带被电子填 满，高于费米能级的能态都是空的，导带中也有自由电子——N型简并半导体 (图e);
满带：若能带中各个能级全部被电子填满，则称为满带。 非满带：若能带中只有一部分能级填入电子，则称为非满带。 空带：若能带中各个能级都没有电子填充，则称为空带。 价带：价电子的能级所分裂而形成的能带称为价带。 导带：空带和未被价电子填满的价带称为导带。
二、绝缘体、导体和半导体
1、绝缘体
导带（空带）
能带的特征：（1）只有满带和空带；（2）满 带和空带之间有较宽的禁带，禁带宽度一般大 于3eV。（约3～6 eV）
Si Si Si Si
Si Si
+ B
Si
N型半导体（电子型）：
四价元素Si，Ge，掺五价元 素P，Sb，Td
导带 施主能级
价带
五价原子将在代替四价元素的原子，多出的一个价电子只在杂质离子的电场
范围内运动。杂质原子称为施主原子，相应的杂质能级称为施主能级。量子
力学表明，这种掺杂后多余的电子的能级在禁带中紧靠空带处, 极易形成电子
对于重掺杂的 GaAs P－N 结，在P－N 结的附近，导带中有电子而价带中有空穴， 这一小段区域称为“作用区”。如果电子从导带中向价带中跃迁，则将释放光子，并 在谐振腔的反馈作用下，产生受激辐射。当然，价带中的电子也可能在光子的激发下 跃迁到导带中，即所谓受激吸收，而要产生激光输出自然要求受激发射光子的速率大 于受激吸收光子的速率。
激光加工_03常用激光器
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为了提高激光器的输出功率，二氧化碳激光器 一般都加进氮（N2）、氦（He）、氙（Xe）等 辅助气体和水蒸汽。
气体混合比对输出功率有很大影响，一般采用 的比例是： CO2： N2：He：Xe：H2O=1：1.5~2：6~8：0.5： 0.1
¾He--在CO2+ N2的激光器中加入大量的He，可使输出功率提高5~10倍。它的作用是抽
空低能级。因为He的导热性好，使放电管内热量向管壁传递的速率提高，使激光介质冷
却，降低工作气体的温度，十分有利于提高激光器的输出功率。
¾Xe-在CO2+ N2+He的激光器中加进Xe，可使输出功率提高25~30%。Xe的作用是降低放
32
调Q技术
• 在激光技术中，通常用Q值，即谐振腔的品质 因素，来表示腔损耗的大小，其定义是
Q
=
2πγ
21
⋅
腔内存贮能量 每秒损耗能量
• 所谓调Q技术，就是通过一定的方法使谐振腔 内的品质因素Q值按一定的规律变化。
调Q工作原理
• 当激励刚刚开始时，先使谐 振腔内具有高损耗（低Q 值），激光器由于损耗高 （即阈值高），而不能产生 波长为的激光振荡。于是激 光工作物质中的粒子反转数 可以积累到很高的水平。然 后在适当的时候，使腔内损 耗突然降低到很低水平（高 Q值），阈值也随之突然降 低。此时粒子反转数大大超 过阈值，于是在极短时间内 原来贮存的大部分粒子的能 量转变为激光能量，在输出 端有一个很强的波长为的激 光巨脉冲输出
• 氙灯发出的光能在聚光器的作用下聚集在工作 物质上，一般可将氙灯发出来的80%左右的光 能集中在工作物质上。
周炳坤激光原理与技术课件第九章 典型激光器与激光放大器
钕玻璃中Nd3+的吸收谱：
三、Nd:YVO4激光器
——掺钕钒酸钇激光器 优点：受激发射截面大，是Nd:YAG的5倍 在 λ = 809nm 存在很强的吸收带，更适用激光管泵浦，YVO4 是双折射 晶体，激光输出 π 方向偏振光，可避免多余的热致双折射
四、Nd:YLF激光器
• Nd:YLF（Nd:Li YF）发射 1053nm波长激光，与掺Nd的 磷酸玻璃的峰值增益相匹配， 适用于制作激光放大器 Nd:YLF的荧光寿命是Nd:YAG 的2倍，适合于激光二极管抽 运，由于荧光寿命长，Nd:YLF 提供的储能是Nd:YAG的两倍 Nd:YLF能级及其跃迁图 发射1053nm和1047nm。可用 腔内起偏器选择
Ar+激光器输出功率随放电电流变化曲线
Lexel Argon Laser
§9.2.3 二氧化碳激光器
一、 CO2激光器的特点
• • • • • • • 属于气体激光器，分子激光器 波长 9－11um，最常见10.6um 效率高 光束质量好 功率范围大（几瓦～几万瓦） 运行方式多样 结构多样
（a）同轴泵浦 （b）傍轴泵浦
• 钛宝石激光器的应用——双端差分吸收激光雷达
§9.2 气体激光器
主要气体：He-Ne、CO2、Ar+、Kr、He-Cd、N2等 优点：气体光学均匀性好 光束质量好：单色性高，相干性好，光束稳定性好 功率大：如CO2激光10.6um可达Kw以上 寿命长 激励方式： 导电激励为主 气体放电激励： 热激励 化学激励
三、抽运方式 1、气体放电灯（闪光灯）激励——光泵
常用氙灯、氪灯
泵浦光源应该满足两个基本条件：
(1)、闪光灯光泵应与激光物质吸收谱重合
高压氙灯的发射光谱
特种加工之激光加工
特种加工之激光加工Special processing laser processing班级B090202 学号B09020236 姓名郑世春摘要激光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。
用激光束对材料进行各种加工，如打孔、切割、划片、焊接、热处理等。
激光能适应任何材料的加工制造，尤其在一些有特殊精度和要求、特别场合和特种材料的加工制造方面起着无可替代的作用。
关键词：激光加工激光技术AbstractLaser processing refers to the use of the laser beam is projected onto the surface of the material produced by thermal effect to complete the process, including laser welding, laser cutting, surface modification, laser marking, laser drilling and micro processing. With the laser beam to the material for a variety of processing, such as drilling, cutting, cutting, welding, heat treatment. The laser can adapt to any material manufacturing, especially in some of the special requirements of precision and, special occasions and special material manufacturing plays an irreplaceable role.Key words: laser processing laser technology1、引言激光是20世纪人类的四大发明之一,现在已经广泛应用于工业、军事、科学研究和日常生活中。
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
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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。
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
激光基础知识
按照 运转方式 分类：连续激光器、单次脉冲激光器、重复脉冲激光器、锁模激
光器、单模和稳频激光器、可调谐激光器
按照 显示波段 分类：远红外激光器、中红外激光器、近红外激光器、可见光激
光器、近紫外激光器、真空紫外激光器、X射线激光器
半导体激光器 半导体激光器，即用半导体材料（砷化镓GaAs、砷化铟InAs、铝镓砷 AlxGaAs、铟磷砷InPxAs）为工作物质的激光器。
品 品种 种不 不齐 齐
光器的 国内生产的光纤激 留在1μm 激射波长至今仍停 已经成 的波段上，而国外 2μm波长 功开发出1.5μm和 光器， 的人眼安全光纤激 安全光 这使得中国在人眼 到限制。 纤激光应用方面受
一 单一 长单 波长 波
缺 缺乏 乏高 高端 端产 产品 品
在高重复率、脉宽为皮 秒 或飞秒量级的商用超短 光 脉冲的锁模激光器方面 存 在很大的空白
半导体激光器结构图
PN结——半导体激光器的心脏 将P型半导体和N形半导体"紧密接触"，其接触面就形成PN结，在PN 结界面上存在多数载流子梯度，因而产生扩散运动，形成空间电荷区 及内部电场
零偏压时的PN结能带图
正向偏压时的PN结能带图
一些常见半导体激光器
单管 / C-mount封装
单管 / F-mount封装
常见的 工作物 质
液体
有机化合物液体 无机化合物液体
GaAs 、GaN……
半导体
自由电子
自由电子束
激光器“有多少种”？
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激光器
按照 工作物质 分类：固体激光器、气体激光器、液体激光器、半导体激光器、
自由电子激光器
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几种激光器的结构示意
激光器是一种能够产生激光光束的器件。
不同类型的激光器通过不同
的结构设计来产生不同的激光波长和激光功率。
下面将介绍几种常见的激
光器结构示意。
1.气体激光器
气体激光器利用气体放电产生激光。
气体激光器的基本结构包括激活
介质、激励源和谐振腔。
激活介质是气体，常用的有氖、氩、氮气等。
激
活介质通常填充在放电室内，由于电压作用下的电子激发使激发介质处于
激发态，然后通过自发辐射产生的辐射光激发其他激发介质，从而实现光
的放大效应。
激光器的谐振腔是由两块平面反射镜构成的，通过调节反射
镜间的距离，可以实现激射光束的调谐。
2.固体激光器
固体激光器是指利用固体介质产生激光。
固体激光器的基本结构包括
激发源、增益介质和谐振腔。
激发源通常是一个脉冲电流或者光源，通过
激发能量传递给增益介质，使其转化为激发态。
增益介质通常是晶体或者
玻璃，如Nd:YAG晶体、Nd:YVO4晶体等。
激发能量在增益介质中逐渐积累，产生激光放大效应。
激光器利用谐振腔来限制光的传播方向，提供光
的增益和反射，从而产生高激光功率输出。
3.半导体激光器
半导体激光器是利用PN结构形成的电流与光的耦合效应来产生激光。
它的基本结构主要由P型半导体层、N型半导体层和激活层组成。
激活层
是半导体激光器的核心部分，通过电流注入的方式产生激发态电子和空穴，
然后通过电子空穴复合过程，放出激光。
半导体激光器具有体积小、发光效率高、功耗低等优点，广泛应用于通信、医疗等领域。
4.光纤激光器
光纤激光器是利用光纤作为激光介质的激光器。
光纤激光器的基本结构包括光纤、增益介质和谐振腔。
增益介质通常是受控的掺杂光纤，如掺钕光纤、掺铽光纤等。
激发源通过光纤输入激发介质，产生激发态，然后通过自发辐射和受激辐射过程产生激光。
谐振腔的结构通常根据需要采用不同的方式，如光栅镜、光纤光栅、光纤环等。
以上是几种常见的激光器结构示意，每种激光器都有特定的工作原理和结构设计，以满足不同的应用需求。
随着科学技术的不断发展，激光器的种类将会更加丰富和多样化。