激光器的基本组成及典型激光器介绍
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。
光纤激光器的基本结构和工作原理
光纤激光器的基本结构和工作原理一、光纤激光器的基本结构光纤激光器是一种利用光纤作为光学谐振腔的激光器。
它由光纤、泵浦光源、谐振腔和输出耦合器件组成。
1. 光纤：光纤作为光传输的介质，具有较高的光学质量和较低的损耗。
它通常由二氧化硅或氟化物等材料制成。
2. 泵浦光源：泵浦光源是提供激发能量的装置，常见的泵浦光源有半导体激光器、氘灯等。
泵浦光源通过能级跃迁将电能转化为光能，将光纤中的掺杂物激发至激发态。
3. 谐振腔：谐振腔是产生激光放大的空间，由两个反射镜构成，其中一个是部分透射的输出耦合镜。
谐振腔中的光纤被反射镜反射多次，形成光学谐振，增强光的幅度。
4. 输出耦合器件：输出耦合器件是将放大的激光从谐振腔中输出的装置，常见的输出耦合器件有反射镜、光栅等。
它通过调节输出耦合器件的透射率，实现激光的输出。
二、光纤激光器的工作原理光纤激光器的工作原理是基于激光的受激辐射过程。
其工作过程主要可以分为三个步骤：泵浦、光放大和激射。
1. 泵浦：泵浦光源产生的高能量光通过耦合装置输入光纤，激发光纤中的掺杂物（如铥、镱、铍等）的原子或离子跃迁到激发态，形成一个能级反转。
2. 光放大：光纤中的激发态粒子通过受激辐射过程，发射出与泵浦光源相同频率和相干相位的光子。
这些光子经过多次反射，在谐振腔中不断放大，形成光的增强。
3. 激射：当光的增益超过谐振腔的损耗时，光纤激光器开始产生激射。
激射的激光经过输出耦合器件，部分透射出光纤，形成激光输出。
光纤激光器的工作原理可以通过能级图来解释。
在泵浦过程中，泵浦光源提供的能量使得光纤中的掺杂物原子或离子跃迁到激发态。
在光放大过程中，激发态粒子通过受激辐射过程，发射出与泵浦光源相同频率和相干相位的光子。
这些光子通过多次反射，在谐振腔中不断受到增益介质的放大。
当光的增益超过谐振腔的损耗时，光纤激光器开始产生激射，形成激光输出。
光纤激光器具有很多优点，如小型化、高效率、高质量光束、稳定性好等。
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。
常见激光器结构及器件功能介绍
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
头） Q驱：自制，NEOS，GOOCH 振镜:德国SCANLAB 7和SCANLAB10
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器
最大打标范围(mm) 50*50 100*100 130*130
160＊160 300＊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
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
DRACO-11D30 中脉宽激光器
调Q激光器与脉冲激光器对比，水塔
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：…
激光器件作业部分答案
《激光器件》作业（1）1.说明激光产生的必要和充分条件。
简述激光器的基本组成部分及其功能。
激光器基本构成：1)工作物质：激光器的核心。
谱线波段，增益，结构形态。
2)泵浦源：电、光、热、化学能、核能激励。
激光电源，控制电路，能量转换效率。
3)光学谐振腔：为激光振荡建立提供正反馈；其参数影响输出激光束的质量。
稳定性，模式；镜片加工和镀膜工艺，调整精度4)辅助设施：散热系统，滤光设施。
调Q ，锁模，稳频，选模，放大。
产生激光的必要条件——粒子数反转：受激辐射要得到放大，必须辐射作用大于吸收作用。
要求上能级的粒子数大于下能级粒子数. 理想能级结构：上能级：亚稳态（长寿命），粒子数积累。
下能级：尽量清空。
产生激光的充分条件——阈值条件：激活介质的增益不小于损耗，才能产生激光振荡。
21G R ≥2. 判断谐振腔的稳定性(单位:mm) (1)R1=90, R2=40, L=100 (2)R1=20, R2=10, L=45 (3) R1=-40, R2=75, L=60 (4) R1=∞, R2=-10, L=501、稳定腔——傍轴光线在腔内任意多次往返不会横向逸出腔外 ()2211211,1101211R L g R L g g g D A -=-=<<<+<-其中或2、非稳腔——傍轴光线在腔内有限次往返必然从侧面溢出腔外 ()()121012112121-<+<>+>D A g g D A g g 即或即3.某稳定腔两面反射镜的曲率半径分别R1=-1.25m 及 R2=1.6m 。
(1)这是哪一类型谐振腔?(2)试确定腔长L 的可能取值范围, 并作出谐振腔的简单示意图。
凹凸镜；|g 1g 2|<14、画出下图所示谐振腔的等效透镜光路，并写出往返矩阵。
⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-⋅⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛000000211110111011011101θθθθr T r D C B A r L f L f r注意：相乘时要反序乘；5. 某CO 2激光器采用平凹腔，L=50cm ，R=2m ，2a=1cm ，λ=10.6μm 。
说明激光器的基本组成和产生激光的基本原理
说明激光器的基本组成和产生激光的基本原理激光器是一种能够产生单色、高亮度、高定向性的光束的装置。
它的基本组成主要包括激光介质、泵浦源、光学反馈装置和输出耦合装置等。
激光介质是激光器中最关键的部分，它是产生激光的核心。
激光介质通常是一种高度浓缩的气体、液体或固体材料，当它受到泵浦源的能量输入时，激发介质中的原子或分子从基态跃迁到激发态，产生光辐射并逐渐放大形成激光。
泵浦源通常使用强光脉冲或高电压放电等方式，将能量输入到激光介质中。
光学反馈装置主要是由反射镜和激光介质构成的，利用这些装置将激发的光反复地在激光介质中反射，逐渐放大光的强度，最终形成一束高亮度、高定向性的激光束。
输出耦合装置则是将激光束从激光器中输出的装置，它通常是由一个反射镜和透镜构成的。
产生激光的基本原理是受激辐射。
当激光介质中的原子或分子受到外界的能量输入时，它们从基态跃迁到激发态，处于激发态的原子或分子会受到周围激光辐射的刺激，从而再次跃迁到基态并放出能量。
这些放出的能量与初始能量的相位一致，形成了一束相干光，并通过光学反馈装置逐渐放大形成激光。
由于激发态的原子或分子只在一个非常短的时间内存在，因此激光器所产生的激光通常是脉冲性的。
- 1 -。
激光器产生激光的三个基本结构
激光器产生激光的三个基本结构一、引言激光器是一种能够产生单色、高亮度、几乎无散射的光束的装置，广泛应用于科学研究、医疗、通信等领域。
激光器的基本结构有三种，分别是气体激光器、固体激光器和半导体激光器。
本文将详细介绍这三种激光器的基本结构及其工作原理。
二、气体激光器1. 气体激光器的基本结构气体激光器由放电管和反射镜组成。
放电管是一个密闭的玻璃管，内部填有稀薄气体（如氦氖气），两端分别安装有高压电极和低压电极。
反射镜则是由两个平面镜或球面镜组成，其中一个反射镜具有一定透过率。
2. 气体激光器的工作原理当高压电极加上高电压时，放电管内的气体被电离，形成等离子体。
等离子体中的自由电子通过碰撞使得氦原子发生受激辐射，产生激光。
激光在反射镜间来回反射，形成一个稳定的激光束。
3. 气体激光器的应用气体激光器广泛应用于科学研究、医疗、通信等领域。
其中，二氧化碳激光器被广泛应用于工业加工领域，如切割、焊接和打孔等。
三、固体激光器1. 固体激光器的基本结构固体激光器由放电管和固态材料组成。
固态材料通常是掺有特定元素（如钕）的晶体或玻璃材料。
放电管则是一个密闭的腔体，内部填有闪烁物质（如氙气），两端分别安装有高压电极和低压电极。
2. 固体激光器的工作原理当高压电极加上高电压时，放电管内的闪烁物质被电离，形成等离子体。
等离子体中的自由电子通过碰撞使得掺杂元素发生受激辐射，产生激光。
激光在固态材料中来回反射，形成一个稳定的激光束。
3. 固体激光器的应用固体激光器广泛应用于科学研究、医疗、通信等领域。
其中，钕掺杂的固态激光器被广泛应用于医疗领域，如眼科手术和皮肤美容等。
四、半导体激光器1. 半导体激光器的基本结构半导体激光器由PN结和反射镜组成。
PN结是由P型半导体和N型半导体组合而成的结构，反射镜则是由两个端面反射镜组成。
2. 半导体激光器的工作原理当PN结加上正向电压时，电子从N型区域流向P型区域，与空穴复合产生辐射能量，产生激光。
光纤激光器的基本结构
光纤激光器的基本结构光纤激光器是一种基于光纤的固态激光器，具有高效、稳定、可靠等优点，被广泛应用于通信、制造业、医疗等领域。
它的基本结构包括泵浦光源、光纤放大器、光纤反射镜和激光输出光纤。
下面将详细介绍每个部分的结构和作用。
一、泵浦光源泵浦光源是光纤激光器的核心部件，它的作用是提供能量激发光纤中的掺杂物，使其产生激光。
常用的泵浦光源有半导体泵浦二极管、光纤耦合的激光二极管等。
半导体泵浦二极管是最常用的泵浦光源，它的结构由n型和p型半导体材料组成，两端连接金属电极。
当电流流过二极管时，n型和p型半导体之间的结电场使得电子和空穴结合并释放出能量，这种能量被传递到掺杂光纤中，使其产生激光。
光纤耦合的激光二极管是一种将激光通过光纤耦合到掺光纤中的泵浦光源，它的结构由激光二极管、光纤耦合器和掺光纤组成。
二、光纤放大器光纤放大器是光纤激光器中的另一个关键部件，它的作用是将泵浦光源产生的激光放大。
光纤放大器的结构包括掺杂光纤、泵浦光源和光纤反射镜。
当泵浦光源激发掺杂光纤中的掺杂物时，产生的激光被反射到光纤反射镜上，不断地被反射和放大，最终形成高质量的激光输出。
三、光纤反射镜光纤反射镜是将激光反射回掺杂光纤中的镜子，它的结构包括镜头和反射膜。
当激光经过反射膜时，一部分激光被反射回掺杂光纤中，使其不断地被反射和放大，最终形成高质量的激光输出。
四、激光输出光纤激光输出光纤是将产生的激光传输到需要的地方的光纤，它的结构和普通光纤类似。
激光输出光纤的质量对激光器的输出功率和稳定性有很大的影响，因此要选择高质量的光纤。
总的来说，光纤激光器的基本结构包括泵浦光源、光纤放大器、光纤反射镜和激光输出光纤。
这些部件的结构和作用紧密相连，协同工作，才能产生高质量的激光输出。
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§ 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；
§ 1-3 典型激光器简射作用的物质体系。
☞ 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”。
理学院 物理系
§ 1-3 典型激光器简介
He-Ne(氦-氖)激光器(helium-neon gas laser)
• 氦一氖气体激光器：原子激光器类，1961年实现 激光输出，多采用连续工作方式，输出功率与放 电毛细管长度有关；输出激光方向性好，（发散 角达1mrad以下），单色性好（可小于20Hz）， 输出功率和波长能控制得很稳定;
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；
2020年5月12日星期二
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。
泵浦系统为实现粒子数反转提供外界能量(A pumping process
is required to excite atoms in the laser medium into
their higher quantum-mechanical energy levels. )
2020年5月12日星期二
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☞ 根据不同激光工作物质的不同而异。如固体工作 物质常用强光照射激励，简称光激励；气体工作物 质吸收光谱多在紫外波段，多采用气体放电的电子 碰撞激励方法。
2020年5月12日星期二
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§ 1-3 典型激光器简介
光激励---用光照射工作物质，工作物质吸收光能后产生粒子 数反转，可采用高效率、高强度的发光灯、太阳能和激光；
氙、氧、溴、碘、
氮、硫、碳、铯、
镉、铜、锰、锡等
金属原子蒸气
CO2、N2、O2、CO、 CO2 和 N2 N2O 和水蒸气等 Ar2*、Xe2*、XeF*、 KrF*、ArF* KrF*、ArF*、XeCl*、 XeBr*、XeQ*、KrQ*
等
惰性气体离子和金 氩离子（Ar+）、氦—
属蒸气离子
镉（He-Cd）离子激 光器
理学院 物理系
§ 1-3 典型激光器简介
• 气体激光器的激励方式很多，最普通的激 励方式是气体放电激励。
• 气体激光器的工作物质种类多，又能采用多 种激励方式，所以覆盖的波段宽，从紫外到 亚毫米波。是目前种类最多、激励方式最多 样化、激光波长分布区域最宽、应用最广泛 的一类激光器。
2020年5月12日星期二
锁模激光器(Mode locked lasers)、倍频激光器
(Frequency doubling lasers)、可调谐激光器
(Tunable lasers)、单模和多模激光器(Single-
mode and Multi-mode lasers)等。
2020年5月12日星期二
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§ 1-3 典型激光器简介
• He-Ne激光器的结构形式很多，但都是由激光管
和激光电源组成。激光管由放电管、电极和光学
谐振腔组成，放电管是He-Ne激光器的心脏，是产
生激光的地方，放电管通常由毛细管和贮气室构
成。
2020年5月12日星期二
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§ 1-3 典型激光器简介
• 由于增益低，谐振腔一般用平凹腔;
• 放电管中充入一定比例的氦（He）、氖 （Ne）气体，当电极加上高电压后，毛细管 中的气体开始放电使氖原子受激，产生粒子 数反转，产生激光跃迁的是Ne气，He是辅助 气体，用以提高Ne原子的泵浦速率;
(1)气体激光器:以气体或金属蒸气为发光粒子
产生激光作用的物质 未电离的气体原子 原子
分子 未电离的气体分子 工作气体在常态下为原子，当激
准分 发时，可暂时形成寿命很短的分 子 子，称为准分子 离子 利用电离后气体离子产生激光
作用
2020年5月12日星期二
所采用的物质
典型代表
氦、氖、氩、氪、 He-Ne laser
放电激励---在放电过程中，气体分子（或原子，离子）与被 电场加速的电子碰撞，吸收电子能量后跃迁到高能级，形成 粒子数反转；
热能激励---用高温加热方式使高能级上气体粒子数增加，然 后突然降低气体温度，因高、低能级的热驰豫时间不同，可 使粒子数反转；
化学能激励——利用化学应过程中释放的能量来激励粒子， 建立粒子数反转。为产生化学反应，一般还需采用一定的引 发措施，如采用光引发、电引发、化学引发等方式；
☞可能实现粒子数反转分布的系统可归结为三能 级系统和四能级系统。
2020年5月12日星期二
理学院 物理系
§ 1-3 典型激光器简介
2、泵浦系统—粒子搬迁的动力
粒子数的正常分布？ 处于低能级上的粒子数在热平衡情况下总是多于高能 级上的粒子数，受激吸收占优势。 粒子数的反转分布？ 高能级上的粒子数大于低能级上的粒子数。 如何实现粒子数反转？ 把大量的粒子从低能级“搬运”到高能级的过程，称 为泵浦或激励； “搬运”粒子的工具－“光泵”
2020年5月12日星期二
理学院 物理系
§ 1-3 典型激光器简介
二、激光器的分类
▪工作物质形态---可以分为气体、固体、半导 体、液体等；
▪工作方式---连续工作(CW or continuous wave lasers)和脉冲工作(Pulsed lasers)；
▪激光技术---调Q激光器(Q-switched lasers)、