固体激光器的原理及应用

1.1.2激光产生的条件
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。
如表1是我国激光器的发展。
1.2.3激光器的分类
1960年，梅曼首次在实验室用红宝石晶体获得了激光输出，开创了激光发展的先河。此后，激光器件和技术获得了突飞猛进的发展，相继出现了种类繁多的激光器。
2）相干性好：由于受激辐射的光子在相位上是一致的,再加之谐振腔的选模作用,使激光束横截面上各点间有固定的相位关系,所以激光的空间相干性很好（由自发辐射产生的普通光是非相干光）。激光为我们提供了最好的相干光源。正是由于激光器的问世，才促使相干技术获得飞跃发展，全息技术才得以实现。
3）方向性好：激光束的发散角很小,几乎是一平行的光线,激光照射到月球上形成的光斑直径仅有1公里左右。而普通光源发出的光射向四面八方,为了将普通光沿某个方向集中起来常使用聚光装置,但即便是最好的探照灯,如将其光投射到月球上，光斑直径将扩大到1 000公里以上。
1.1.3激光的特性
激光的发射原理及产生过程的特殊性决定了激光具有普通光所不具有的特点：即三好（单色性好、相干性好、方向性好）一高（亮度高）。
1）单色性好：普通光源发射的光子,在频率上是各不相同的,所以包含有各种颜色。而激光发射的各个光子频率相同,因此激光是最好的单色光源。
由于光的生物效应强烈地依赖于光的波长,使得激光的单色性在临床选择性治疗上获得重要应用。此外,激光的单色特性在光谱技术及光学测量中也得到广泛应用,已成为基础医学研究与临床诊断的重要手段。
激光器的诞生史大致可以分为几个阶段,其中1916年爱因斯坦提出的受激辐射概念是其重要的理论基础。这一理论指出，处于高能态的物质粒子受到一个能量等于两个能级之间能量差的光子的作用,将转变到低能态，并产生第二个光子，同第一个光子同时发射出来,这就是受激辐射。这种辐射输出的光获得了放大,而且是相干光,即如多个光子的发射方向、频率、位相、偏振完全相同[3]。
1.激光器的发明是20世纪科学技术的一项重大成就。它使人们终于有能力驾驶尺度极小、数量极大、运动极混乱的分子和原子的发光过程，从而获得产生、放大相干的红外线、可见光线和紫外线（以至X射线和γ射线）的能力。激光科学技术的兴起使人类对光的认识和利用达到了一个崭新的水平。
关键词：固体激光器 激光 激光器 基本原理 基本结构 应用
ABSTRACT
Solid state lasers is currently one of the most widely used laser, it has some very distinct advantages. Introduction working principle and application of solid state lasers, better able to deepen their understanding. This paper briefly introduces the laser and laser, the understanding of laser applications and laser process of discovery, in introducing conditions and characteristics of the laser, and describes the classification of the invention and development of lasers and laser. Then introduced solid state lasers, respectively, from the basic principles, structure and material introduced solid state lasers, then describes some typical solid state lasers and compares these kinds of solid state lasers, then introduced the solid state lasers in military defense, industrial technology, medical and cosmetic applications of three, and finally the development of solid state lasers
3.1.1美容………………………………………………………………12
3.1.2医学研究工具……………………………………………………12
3.1.3激光诊断……………………………………………………………12
3.1.4激光治疗……………………………………………………………13
3.2军事…………………………………………………………………12
激光束的方向性好这一特性在医学上的应用主要是激光能量能在空间高度集中，从而可将激光束制成激光手术刀。另外,由几何光学可知，平行性越好的光束经聚焦得到的焦斑尺寸越小,再加之激光单色性好，经聚焦后无色散像差,使光斑尺寸进一步缩小，可达微米级以下,甚至可用作切割细胞或分子的精细的“手术刀”。
4）亮度高：激光的亮度可比普通光源高出1012－1019倍，是目前最亮的光源,强激光甚至可产生上亿度的高温。激光的高能量是保证激光临床治疗有效的最可贵的基本特性之一。利用激光的高能量还可使激光应用于激光加工工业及国防事业等。
2.1固体激光器…………………………………………………………5
2.2固体激光器的几种类别……………………………………………8
2.2.1红宝石激光器………………………………………………………8
2.2.2掺铒钇铝石榴石激光器……………………………………………9
2.2.3可调谐固体激光器…………………………………………………10
2）激光器的发展
能发射激光的装置。1954年制成了第一台微波量子放大器，获得了高度相干的微波束。1958年A.L.肖洛和C.H.汤斯把微波量子放大器原理推广应用到光频范围，并指出了产生激光的方法。1960年T.H.梅曼等人制成了第一台红宝石激光器。1961年A.贾文等人制成了氦氖激光器。1962年R.N.霍耳等人创制了砷化镓半导体激光器。以后，激光器的种类就越来越多。按工作介质分，激光器可分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器4大类。近来还发展了自由电子激光器，其工作介质是在周期性磁场中运动的高速电子束，激光波长可覆盖从微波到X射线的广阔波段。按工作方式分，有连续式、脉冲式、调Q和超短脉冲式等几类。大功率激光器通常都是脉冲式输出。各种不同种类的激光器所发射的激光波长已达数千种，最长的波长为微波波段的0.7毫米，最短波长为远紫外区的210埃，X射线波段的激光器也正在研究中。
1.2激光器………………………………………………………………3
1.2.1激光器……………………………………………………………3
1.2.2激光器的发明及发展……………………………………………3
1.2.3激光器的分类……………………………………………………5
第二章 固体激光器 …………………………………………5
2.2.4掺钕钇铝石榴石激光器……………………………………………10
2.3固体激光器的优缺点…………………………………………………11
2.4固体激光器的比较……………………………………………………11
第三章固体激光器的应用……………………………………12
3.1医疗…………………………………………………………………12
3.3工业制造……………………………………………………………13
第四章固体激光器的发展……………………………………14
致谢………………………………………………………………15
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。本论文先简单介绍激光与激光器,了解激光发现的过程及激光的应用,在介绍激光产生的条件和特性,又介绍激光器的发明和发展以及激光器的分类。然后介绍固体激光器,分别从基本原理、结构和工作物质等方面介绍固体激光器,接着介绍几种典型的固体激光器并对这几种固体激光器进行比较,接着介绍固体激光器在军事国防、工业技术、医疗美容等三个方面的应用,最后介绍固体激光器的发展。
此后，量子力学的建立和发展使人们对物质的微观结构及运动规律有了更深入的认识，微观粒子的能级分布、跃迁和光子辐射等问题也得到了更有力的证明，这也在客观上更加完善了爱因斯坦的受激辐射理论，为激光器的产生进一步奠定了理论基础。20世纪40年代末，量子电子学诞生后，被很快应用于研究电磁辐射与各种微观粒子系统的相互作用，并研制出许多相应的器件。这些科学理论和技术的快速发展都为激光器的发明创造了条件。
Key words：Solid-state Laser;Laser;Laser;Basic Principle;Basic Structure;Application
第一章 激光与激光器
1.1激光
1.1.1激光
激光最初的中文名叫做“雷射”、“莱塞”,是它的英文名称LASER的音译,是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词头一个字母组成的缩写词[1]。意思是“通过受激辐射光扩大”。激光的英文全名已经完全表达了制造激光的主要过程,激光的原理早在1916年已被著名的美国物理学家爱因斯坦发现。1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激辐射”改称“激光”。激光应用很广泛，主要有激光打标、光纤通信、激光光谱、激光测距、激光雷达、激光切割、激光武器、激光唱片、激光指示器、激光矫视、激光美容、激光扫描、激光灭蚊器等等。