半导体激光器和氦氖激光器的比较
典型激光器的比较
48
工作过程
1 放电：He电离产生电子 2 He与电子碰撞
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
2 常见激光器工作特性
1 固体激光器
A 固体激光器基本结构及特性
1. 激光工作物质 2. 泵浦源 3. 聚光腔 4. 谐振腔 5. 冷却系统
固体激光器的能量转换
0.5
0.4
0.2
0.76 0.9
0.8
42
CO2激光器
❖ > 1 atm 一定压力的CO2; N2; He混合的气体分子激光器 ❖ 波长 911um;最常见10 6um ❖ 效率高;功率范围大几瓦~几万瓦 ❖ 光束质量好 ❖ 运行方式多样;结构多样
CO2激光器中;加入其中的氦有利于激光下能级抽 空 氮气加入主要在CO2激光器中起能量传递作用;为 CO2激光上能级粒子数的积累与大功率高效率的激光 输出起到强有力的作用
• 激光调制方式
– 脉冲
– 自由运转
• 单脉冲
– 调Q
• 重复频率
– 锁模
• 准连续
1 固体激光器
分为晶体和玻璃两类;在基质材料中掺入激活离子 而制成
目前已实现激光振荡的不同基质——掺杂体系的 工作物质有200多种;但是;性能好;使用广泛的主要有 下面三种
1钕玻璃激光器
在玻璃中掺入稀土元素钕做工作物质
激光设备分类
激光设备分类激光设备是一类利用激光技术进行工作的设备，广泛应用于科研、医疗、工业、通信等领域。
根据不同的激光器类型和应用需求，激光设备可以分为多个不同的分类。
本文将介绍几种常见的激光设备分类。
一、气体激光器气体激光器是利用气体分子之间的能级跃迁来产生激光的设备。
根据不同的激光介质，气体激光器可以分为氦氖激光器、二氧化碳激光器、氖气激光器等。
其中，氦氖激光器是最早被发现和研究的气体激光器，主要用于科研、医疗和教学等领域；二氧化碳激光器在工业加工和医疗美容等领域有着广泛的应用。
二、固体激光器固体激光器是以固体晶体或玻璃为激活介质的激光器。
根据不同的激活介质和能级结构，固体激光器可以分为Nd:YAG激光器、Nd:YVO4激光器、钛宝石激光器等。
这些固体激光器在工业加工、材料加工、激光打标等领域有着广泛的应用。
三、半导体激光器半导体激光器是利用半导体材料的PN结构产生激光的设备。
由于其具有小体积、高效率、低成本的特点，半导体激光器在通信、显示、医疗、雷达等领域得到了广泛的应用。
常见的半导体激光器包括激光二极管、垂直腔面发射激光器、量子级联激光器等。
四、光纤激光器光纤激光器是利用光纤作为激光输出通道的激光器。
由于光纤具有柔性、耐高温、小尺寸等特点，光纤激光器在通信、激光加工、医疗等领域具有广泛的应用前景。
光纤激光器主要包括光纤光源、光纤放大器和光纤激光器三个部分。
五、飞秒激光器飞秒激光器是一种具有极短脉冲宽度的激光器，脉冲宽度一般在飞秒（10^-15秒）量级。
由于其极短的脉冲宽度，飞秒激光器在材料加工、医疗、科研等领域有着广泛的应用。
飞秒激光器主要包括飞秒脉冲激光器和飞秒振荡器两种类型。
六、二极管激光器二极管激光器是一种利用半导体二极管工作的激光器，具有小体积、低功耗、长寿命等优点。
二极管激光器在光存储、激光打印、光通信等领域有着广泛的应用。
根据不同的工作方式和结构，二极管激光器可以分为连续工作二极管激光器和脉冲工作二极管激光器。
各种激光器的比较
各种激光器的比较预览说明:预览图片所展示的格式为文档的源格式展示,下载源文件没有水印,内容可编辑和复制各种激光器比较一、气体激光器（1）：原子激光器典型特例，He—Ne激光器，他发出的激光波长为0.6328um，输出功率几毫瓦到100毫瓦之间，能量转换功率低，约为0.01%。
激光器器方向性，单色性好，谱线宽度窄。
该激光器常用来外科医疗，激光美容，建筑测量，准直指示，激光陀螺等。
（2）：离子激光器典型特例，Ar+离子激光器，波长大约为0.488um的蓝光，输出功率约为150W。
能量转换功率为1%。
长用此激光器用做彩色电视，信息储存，全息照相等方面。
（3）：分子激光器典型特例，CO2激光器，波长约为10.6um的红外线。
输出功率与管长成正比，1M的管长可获得100W的输出功率。
能量转换效率较高，大约为30%。
单色性好。
能量输出强，常用来美容，工业和军事上。
（4）：准分子激光器是稀有气体与卤素气体的混合，发出的波长是紫外波。
输出功率小，大约为百微焦。
能量转换功率约为1%。
总述：气体激光器，连续输出功率大，方向性好，其器件造价低廉，结构简单。
二、液体激光器典型特例，若丹明6G染料，他的波长在紫外到红外之间，最大特点是连续可调。
能量转换功率较高，这种激光器特点是制备容易，可循环操作，便宜。
三、固体激光器典型特例，红宝石激光器。
它的波长在可见光到近红外波段，输出功率高，约为20kw。
能量转换率低，仅为0.1%。
单色性差。
但结构紧凑，牢固耐用，易于光纤耦合。
这种激光器广泛用于测距，材料加工，军事等方面。
四、半导体激光器典型特例，砷化镓，硫化镉等。
他的输出波长在近红外波段。
920nm到1.65um之间。
输出功率小，能量转换功率高，但是单色性差。
这种激光器最大特点是体积小，重量轻，结构简单，寿命长。
因此，广泛使用于光纤通信，光信息储存，光信息处理等方面。
半导体激光器与氦氖激光器的比较
半导体激光器与氦氖激光器的比较
本文简述了氦氖激光器与半导体激光的优缺点，希望对不同的应用者在选择激光器时产生一点帮助。
）的激光输出功率会随其壳体的温度变化而有较大变化。
下图为一个典型
在一定工艺的保证下，高质量
的氦氖激光器具有良好的输出功率
稳定性和极低的激光噪声水平，并
且激光参数受环境温度影响非常
小。
以Melles Griot公司25-LHP
对于指示或对准等应用，即对激光功率稳定性及激光噪声要求不高的应用，不带温控的半导体激光器模块因其低廉的价格而被大量使用。
或对激光功率稳定性及激光噪声要求较高的应用，一般均采用带温控的半导体激光器。
另外，温控对于延长半导体激光器的寿命有很大的帮助。
的发出的激光束的发散角非常大，且两个方向的发散角不同（如下图1），所以绝大多数半导体激光模块都要对半导体激光管发出的激光进行光束整形。
半导体激光器模块的最终光束整形的效果要视各家公司的光学设计能力有很大的不同。
只经过简单整形的半导体激光器模块，由于两个方向发散角的差别，激光光斑一般会成椭圆形，且在
拥有实力强大的光学设计队伍，其56RCS系列半导体激光器光斑远场圆度均大
1 2 3
半导体激光器可以进行高速的数字及模拟调制。
以Melles Griot公司 56RCS系列半导体激
调制）可达350MHz，上升沿下降延时间均小于1个纳秒，过冲小。
而且半导体激光的输出功率可以通过对输入电流的控制或模拟调
半导体激光器对比于氦氖激光器的主要优势在于：
1、价格便宜，
2、体积小；
3、可以做高速调制，
4、功率可以很方便的进行各种调制，
控。
氦氖激光器和半导体激光器的光束质量分析
深圳大学实验报告课程名称：大学物理实验（三）实验名称：氦氖激光器和半导体激光器的光束质量分析学院：物理科学与技术学院组号: 17 指导教师：赵改清报告人：学号：实验地点: 科技楼B108 实验时间：2015.6.2实验报告提交时间：2015.6.23激光器光束质量分析仪计算机和分析软件用途二、数据记录与处理1、光束质量分析：氦氖激光器：由图2和图3可以看出，氦氖激光器的光束横截面形状接近圆形，光强在中心处最大，并且只有一个峰值，从中心到边缘逐渐减小。
光束有比较好的对称性。
由图4可得，测得 M 2因子为 M x 2= 0.9579，M 2 = 0.8396，束腰宽度ω = 0.404mm ，ω = 0.376mm 。
从测量的数据来看， M 2因子小于1，这已经图2 光斑平面图图4 束腰宽度曲线的拟合和 M 2因子图3 激光强度3D 图图5 两个互相垂直方向光强的高斯拟合不能与基模高斯光束作对比了，初步认为是激光不太稳定造成的，但还可以和半导体激光器的结果做对比。
另外，查阅资料可知，在ωλ足够小时， M 2因子是可以小于1的。
可以看出，x 、y 两个方向的 M 2因子和束腰宽度都相差不大，即光束的横截面对称性比较好。
半导体激光器：图6 光斑平面图图7 激光强度3D 图图8 束腰宽度曲线的拟合和 M 2因子图9 两个互相垂直方向光强的高斯拟合由图6和图7可以看出，半导体激光器的横截面形状接近椭圆，有多个光强最大峰值，但最大峰值不及氦氖激光器，边缘的光强最小。
由图8可得，测得 M 2因子为 M x 2 = 1.6362，M y 2= 1.1147，束腰宽度ωx = 2.662mm ，ωy = 1.706mm 。
与氦氖激光器的数据对比可知，半导体激光器输出激光的光强比氦氖激光器的小， M 2因子和束腰宽度都明显比氦氖激光器大，且x 、y 两方向的参数相差较大。
因此，可初步认为，氦氖激光器的激光光束质量比半导体激光器的好。
四大激光器
四种激光器有哪些典型应用？一半导体激光器：半导体激光器是以半导体材料作为激光工作物质的激光器1.半导体激光器在高压反馈电路中的应用2.在电子焊接领域的应用3. 量子阱半导体大功率激光器在精密机械零件的激光加工方面有重要应用4. 在印刷业和医学领域，高功率半导体激光器也有应用. .另外，如长波长激光器（1976年，人们用Ga[nAsP/InP实现了长波长激光器）用于光通信，短波长激光器用于光盘读出.自从NaKamuxa实现了GaInN/GaN蓝光激光器，可见光半导体激光器在光盘系统中得到了广泛应用，如CD播放器，DVD系统和高密度光存储器可见光面发射激光器在光盘、打印机、显示器中都有着很重要的应用，特别是红光、绿光和蓝光面发射激光器的应用更广泛.蓝绿光半导体激光器用于水下通信、激光打印、高密度信息读写、深水探测及应用于大屏幕彩色显示和高清晰度彩色电视机中.总之，可见光半导体激光器在用作彩色显示器光源、光存贮的读出和写人，激光打印、激光印刷、高密度光盘存储系统、条码读出器以及固体激光器的泵浦源等方面有着广泛的用途.量子级联激光的新型激光器应用于环境检测和医检领域.另外，由于半导体激光器可以通过改变磁场或调节电流实现波长调谐，且已经可以获得线宽很窄的激光输出，因此利用半导体激光器可以进行高分辨光谱研究.可调谐激光器是深入研究物质结构而迅速发展的激光光谱学的重要工具大功率中红外（3.5lm)LD在红外对抗、红外照明、激光雷达、大气窗口、自由空间通信、大气监视和化学光谱学等方面有广泛的应用.5. 绿光到紫外光的垂直腔面发射器在光电子学中得到了广泛的应用，如超高密度、光存储.近场光学方案被认为是实现高密度光存储的重要手段.垂直腔面发射激光器还可用在全色平板显示、大面积发射、照明、光信号、光装饰、紫外光刻、半导体二极管激光器在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、测距以及雷达等方面以及获得了广泛的应用。
半导体激光器是成熟较早、进展较快的一类激光器，由于它的波长范围宽，制作简单、成本低、易于大量生产，并且由于体积小、重量轻、寿命长，因此，品种发展快，应用范围广，目前已超过300种，半导体激光器的最主要应用领域是Gb局域网，850nm波长的半导体激光器适用于）1Gh/。
激光器的分类介绍
激光器的分类介绍激光器是一种产生聚集一束光的装置，其主要特点是具有极高的单色性、方向性和相干性。
激光器广泛应用于医学、通信、制造、科学研究等领域。
根据原理和应用的不同，激光器可以分为多种类型。
下面将对常见的激光器分类进行介绍。
1.固体激光器固体激光器是利用其中一种固态材料产生激光的装置，通常包括晶体激光器和玻璃激光器。
其中，晶体激光器利用激活态离子在晶体内部的能级跃迁发射激光，常见的晶体有Nd:YAG晶体、Nd:YVO4晶体等；而玻璃激光器则是利用包含稀土离子（如Nd、Er）的玻璃产生激光。
固体激光器具有高效率、长寿命、较高的功率输出等优点，广泛应用于医学激光手术、材料加工等领域。
2.气体激光器气体激光器是利用气体的分子、原子激发态跃迁产生激光的装置，常见的气体激光器有氦氖激光器、氩离子激光器等。
氦氖激光器（He-Ne激光器）是最早发展起来的激光器之一，主要用于教学演示、测量和光学仪器中；而氩离子激光器则具有较高的功率输出和较宽的光谱范围，适用于多种应用领域，如材料加工、光刻、医学等。
3.半导体激光器半导体激光器是利用半导体材料，通过注入电子与空穴的复合辐射出激光的装置。
半导体激光器具有体积小、功率效率高、寿命短、驱动电流低等优点，广泛用于信息通信、光存储、激光打印等领域。
另外，半导体激光器还可以通过堆积多个激光二极管，形成多模或多波长激光，提高输出功率和多功能应用。
4.准分子激光器准分子激光器是利用被激发态分子在材料内部的能级跃迁产生激光的装置。
其中，较常见的准分子激光器是二氧化碳激光器（CO2激光器），通常工作在中红外光谱区域，广泛应用于工业加工（切割、焊接）、医学手术、测量等领域。
此外，还有氟化氢激光器（HF激光器）、分子氮激光器等。
5.光纤激光器光纤激光器是利用光纤内的激光表面反射和倍增效应产生激光的装置。
光纤激光器的输出光束质量好，功率密度高，可以实现对光束的精细调控和方向性扩展。
光纤激光器具有高可靠性、耐用性强等特点，广泛应用于通信、材料加工、医学等领域。
一文带你了解气体、固体、半导体激光器
一文带你了解气体、固体、半导体激光器导读：激光器分类方法很多。
按工作物质可分为气体、液体、固体和半导体激光器。
气体激光器气体激光器的工作物质是气体，其中有各种惰性气体原子、金属蒸气、各种双原子和多原子气体，以及气体离子等。
气体激光器通常是利用激光管中的气体放电过程来进行激励的。
光学共振腔一般由一个平面镜和一个球面镜构成，球面的半径要比腔长大一些，如下图所示。
平凹腔氮氖激光器是应用最广泛的气体激光器，其结构形式如下图所示。
它分内腔式和外腔式。
氦氖激光器结构示意图在放电管内充有一定气压和一定氦氖混合比的气体。
共振腔长l要满足式中，N—一任意整数。
氦氖激光器有许多振荡谱线，主要振荡波长是6 328 A（最强，呈橘红色），1 1523 A和33 913 A（红外光）。
它的发光机理是：在激光管内充入按比例的几个毫米水柱压力的氮氖混合气，形成低压放电管，在阳极与阴极之间加几kV高压，使之产生辉光放电，产生大量的动能很高的自由电子去碰击氮原子，氦原子被激发到2S能级和2*3S 能级。
氦的2*3和2*3S能级是亚稳态，它的粒子数积累增加。
由于氦的2S能级与氖的3S能级、氦的2*3能级与氖的2S能级接近，氦原子与氖原子碰撞后，氦原子回基态，而氖原子被激发到2S和3S能级（亚稳态），并且很快地积累增加。
氖的2P和3P是激发态，粒子数比较少，但在2S与2P之间，3S与3P和2P之间建立了粒子数反转分布。
在入射光子的作用下，氖原子在2S、3S与2P、3P之间产生受激辐射。
然后以自发辐射的形式，从2P和3P能级回到1S能级，再通过与管壁碰撞形式释放能量（即产生管壁效应），回到基态，如下图所示。
图发光机理示意图从以上分析可以看出，氦（He）原子只起了能量传递作用，产生受激辐射的是氖（Ne）原子。
它的能量小，转换效率低，输出功率一般为mW级。
二氧化碳（C02）激光器是典型的分子气体激光器，如下图所示。
它的工作物质是CO2气体，常加入氮、氨及一些其他辅助气体。
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半导体激光器和氦氖激光器的比较
总体来讲，红光半导体激光器与氦氖激光器相比各有其优势和劣势。
本文对氦氖激光器与半导体激光的优缺点进行一些简述，希望对不同应用的客户在选择激光器时产生些许帮助。
激光功率稳定性对比
半导体激光器模块的核心部件为半导体激光管，即LD（LaserDiode），绝大多数半导体激光器模块生产厂家均是购买来LD然后进行装配的。
半导体激光管（LD）的激光输出功率会随其壳体的温度变化而有较大变化。
下图为一个典型的半导体激光管的功率－电流曲线，从图中可以看到对于同一电流输入的情况，不同的壳体温度会导致激光管输出的功率产生变化。
半导体激光器模块从散热方式上可以简单的分为两种：带温控（TEC）的半导体激光器与不带温控的半导体激光器。
对于指示或对准等应用，即对激光功率稳定性及激光噪声要求不高的应用，不带温控的半导体激光器模块因其低廉的价格而被大量使用。
而对于需要较高激光功率，或对激光功率稳定性及激光噪声要求较高的应用，一般均采用带温控的半导体激光器。
另外，温控对于延长半导体激光器的寿命有很大的帮助。
氦氖激光器是一种气体激光器，其结构如下图，
在一定工艺的保证下，高质量的氦氖激光器具有良好的输出功率稳定性和极低的激光噪声水平，并且激光参数受环境温度影响非常小。
以MellesGriot公司25-LHP系列氦氖激光器为例，其8小时功率稳定性小于+/-2%；在30Hzto10MHz 范围内激光噪声（RMS值）小于0.5%；激光器工作温度可从－20°C到＋40°C。
激光输出波长
半导体激光器的中心波长的一致性比较差，不同批次的半导体激光管的中心波长一般来说都会略有差别。
所以在标明半导体激光器的波长时，正规的标法应该是给出一个波范围。
例如MellesGriot公司56RCS004/HS（28mW）的波长范围为636–641nm；56RCS009/HS（45mW）波长范围为640–645nm；56RCS008/HS（75mW）波长范围为655–665nm。
并且半导体激光管（LD）输出波长会随其壳体温度的改变而变化，在壳体温度变化20度的情况下，其输出波长有常常会变化几个纳米。
氦氖激光器的输出波长为准确的632.8nm，并且不会随功率、批次及工作温度的变化而发生改变。
光束质量（发散角，光斑）。
半导体激光管（LD）的发出的激光束的发散角非常大，且两个方向的发散角不同（如下图），所以绝大多数半导体激光模块都要对半导体激光管发出的激光进行光束整形。
半导体激光器模块的最终光束整形的效果要视各家公司的光学设计能力有
很大的不同。
只经过简单整形的半导体激光器模块，由于两个方向发散角的差别，激光光斑一般会成椭圆形，且在不同的工作距离上光斑形状也会不同。
MellesGriot拥有实力强大的光学设计队伍，其56RCS系列半导体激光器光斑远场圆度均大于95％，具体请见下图。
而氦氖激光器在光束质量方面则是各种激光器中的最好的。
以MellesGriot 氦氖激光器为例，其光束质量因子M2一般均小于1.05，非常接近完美的高斯分布。
调制性能及功率控制
半导体激光器可以进行高速的数字及模拟调制。
以MellesGriot公司56RCS 系列半导体激光模块为例，其数字调制（TTL调制）可达350MHz，上升沿下降延时间均小于1个纳秒，过冲小于10％。
模拟调制也可达5MHz。
而且半导体激光的输出功率可以通过对输入电流的控制或模拟调制信号方便地进行控制。
而氦氖激光器一般无法提供调制功能功率也无法进行调节。
综上所述，半导体激光器与氦氖激光器各有其优势，总结如下：
半导体激光器对比于氦氖激光器的主要优势在于：1、价格便宜，2、体积小；
3、可以做高速调制，
4、功率可以很方便的进行各种调制，
5、功率可控
而氦氖激光器相对于半导体激光器的主要优势在于：1、优质的光束质量；2、良好的功率稳定性；3、激光参数（波长、光斑直径，发散角、光斑能量分布）一致性好。
(编辑：wander)。