第二十四讲 典型激光器
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典型激光器的原理与应用
激光之源--典型激光器的原理、特点及应用一前言自从1960年，美国休斯飞机公司的科学家T.H.Mainman博士研制成功世界上第一台红宝石激光器以来，人类对激光器件的研究与应用取得了迅猛的发展。
激光器的诞生，为人类开发利用整个光频电磁波段掀开了崭新的一页，也为传统光学领域注入了生机，并由此产生了量子光学、非线性光学等现代光学领域分支。
图1 第一台红宝石激光器激光器由工作物质、泵浦源和光学谐振腔三个基本部分构成。
其中，工作物质是激光器的核心，是激光器产生光的受激辐射、放大的源泉之所在；泵浦源为在工作物质中实现粒子数反转分布提供所需能源，工作物质类型不同，采用的泵浦方式亦不同；光学谐振腔为激光提供正反馈，同时具有选模的作用，光学谐振腔的参数影响输出激光器的质量。
激光器种类繁多，习惯上主要以以下两种方式划分：一种是按照激光工作物质，一种是按激光工作方式分，而本文主要是介绍按照激光工作物质划分来介绍典型的激光器。
二典型激光器1，气体激光器（Gas Laser）气体激光器利用气体或蒸汽作为工作物质产生激光的器件。
它由放电管内的激活气体、一对反射镜构成的谐振腔和激励源等三个主要部分组成。
主要激励方式有电激励、气动激励、光激励和化学激励等。
其中电激励方式最常用。
在适当放电条件下，利用电子碰撞激发和能量转移激发等，气体粒子有选择性地被激发到某高能级上，从而形成与某低能级间的粒子数反转，产生受激发射跃迁。
下面是典型激光器的示意图：图2 气体激光器示意图根据气体工作物质为气体原子、气体分子或气体离子，又可将气体激光器分为原子激光器、分子激光器和离子激光器。
原子激光器中产生激光作用的是未电离的气体原子，激光跃迁发生在气体原子的不同激发态之间。
采用的气体主要是氦、氖、氩、氪、氙等惰性气体和铜、锌、锰、铅等金属原子蒸汽。
原子激光器的典型代表是He-Ne激光器。
He-Ne激光器是最早出现也是最为常见的气体激光器之一。
它于1961年由在美国贝尔实验室从事研究工作的伊朗籍学者佳万(Javan)博士及其同事们发明，工作物质为氦、氖两种气体按一定比例的混合物。
新激光第三章典型激光器01PPT课件
02 激光原理概述
激光产生的基本原理
受激发射
当原子或分子吸收特定频率的光 子后，其电子从低能级跃迁至高 能级，当电子从高能级回落到低 能级时，会释放出与原光子频率
相同的光子。
光学共振腔
为了形成持续的激光输出，需要 一个光学共振腔来选择特定频率 的光子，并维持光子在其中的共
振。
泵浦机制
通过外部能量源（如电流或光泵 浦）为原子或分子提供能量，使 其从低能态跃迁至高能态，为受
激光与其他技术的结合
随着科技的不断发展，激光技术将与其他技术如人工智能 、物联网等结合应用，实现更高效、更智能的技术解决方 案。
05 结论
本章总结
01
02
03
04
理解了典型激光器的原理和结 构，包括气体、固体、染料和
半导体激光器等。
掌握了不同类型激光器的特点 和优缺点，以及它们在不同领
域的应用。
激光在科学研究领域的应用
激光光谱学
利用激光技术进行光谱分析，研究物质的分 子结构和化学性质。
激光显微镜
利用激光技术提高显微镜的分辨率和观察能 力，可观察微小生物和细胞结构等。
激光雷达
利用激光技术进行遥感测量和环境监测，具 有高精度、高分辨率等特点。
激光操控
利用激光能量对微观粒子进行精确操控，如 量子计算、量子通信等。
通信。
测量
由于激光的高亮度和方向性， 可以用于各种高精度测量，如 距离、角度、速度等。
加工
激光的高能量密度可用于各种 材料的加工，如切割、焊接、 打标等。
医学
激光可用于各种医学治疗和诊 断，如眼科手术、皮肤科治疗
、肿瘤治疗等。
03 典型激光器介绍
气体激光器
典型激光器介绍
典型激光器的原理、特点及应用摘要：本文介绍了四种典型的激光器，固体、气体、染料和半导体激光器，并分别介绍了特点及应用。
关键词：典型激光器，原理和特点，应用一、引言自梅曼发明了第一台红宝石激光器至今，激光器得到了飞速发展，在激光工作物质方面也得到了很大的改进，激光器根据激活媒质可分为固体、气体、染料和半导体激光器。
各类激光器各有特色，并在相关的领域里发挥着重要的作用。
二、固体激光器固体激光器是以掺杂离子的绝缘晶体或玻璃作为工作物质的激光器，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。
最常采用的固体工作物质仍然是红宝石、钕玻璃、掺钕钇铝石榴石(Nd3＋：Y AG)等三种。
图1是固体激光器的基本结构示意图。
图1 固体激光器的基本结构示意图1．红宝石(Cr3＋：A12O3)红宝石是在三氧化二铝(A12O3)中掺入少量的氧化铬(Cr2O3)生长成的晶体。
它的吸收光谱特性主要取决于铬离子(Cr3＋)，铬离子与激光产生有关的能级结构如图2所示。
它属于三能级系统，相应于图（1-3）的简化能级模型，其激发态E3为4F1和4F2能级，激光上、下能级E2和E1分别为2E和4A2。
它的荧光谱线有两条：R1线和R2线，在室温下对应的中心波长分别为694.3nm和692.9nm。
由于R1线的辐射强度比R2大，在振荡过程中总占优势，所以通常红宝石激光器产生的激光谱线均为R1线(694.3nm)。
红宝石激光器的优点是机械强度高，容易生长大尺寸晶体，容易获得大能量的单模输出，输出的红颜色激光不但可见，而且适于常用硅探测器探测。
红宝石激光器的主要缺点是阈值高和温度效应非常严重。
随着温度的升高，激光波长将向长波长方向移动，荧光谱线变宽，荧光量子效率下降，导致阈值升高，严重时会引起“温度猝灭”。
因此，在室温情况下，红宝石激光器不适于连续和高重复率工作，但在低温下，可以连续运转。
目前在医学方面和动态全息方面还有应用价值。
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；
典型激光器
A e ( 快） A e ( 慢）
*
• 当电子能量等于或大于气体粒子的电离能时，
A e ( 快） A
e ( 慢）
• 电子和气体粒子的碰撞，还可以使粒子从一个 激发态跃迁到一个更高的激发态，或使激发态 粒子发生电离(逐级激发和逐级电离)
２.第二类非弹性碰撞
一个粒子的内能转变为另一个粒子内能或动能的 碰撞 共振转移:激发态的粒子A*与基态粒子B碰撞,B激 发到高能态, A*返回基态
(a) 外腔式
(b)半内腔式
外腔式
谐振腔反射镜与放电管分离，放电管两端封有布 儒斯特窗. 优点:放电管的热变形对谐振腔的影响很小,加之 腔镜可调整,可以保证激光器在长期使用中输出稳 定. 布氏窗使激光器可获得线偏振光输出,偏振度一般 大于99%. 腔内可方便地插入其他的光学元件,获得调频、调 幅输出. 缺点:腔镜与放电管的相对位置容易改变,使用中 需经常调整. 半腔式优缺点介于内、外腔式之间.
c.常用：
氩离子激光器、氪离子激光器
激励方式
1.一般气体放电激励 (1) 直流连续放电 (2)高频放电 (3)脉冲放电 2.电子束激励 3.热激励 4.化学反应激励
特点
• 工作波长分布区域宽 • 输出光束质量高 • 转换效率高、结构简单、造 价低廉
应用
1.农业生产 2.国防 3.科研 4.医学等领域
5.化学激光器
• 1964年第一台光解离碘原子化学激光器问世
• • • • • • • • 工作物质：气体或液体（如ＨＦ、ＤＦ等） 激励方式：化学能激励 波长范围：紫外到红外波段，直至微米波段 特点： 功率高 能量输出高 无需外界提供泵谱源 应用范围广
6.自由电子激光器
*
• 当电子能量等于或大于气体粒子的电离能时，
A e ( 快） A
e ( 慢）
• 电子和气体粒子的碰撞，还可以使粒子从一个 激发态跃迁到一个更高的激发态，或使激发态 粒子发生电离(逐级激发和逐级电离)
２.第二类非弹性碰撞
一个粒子的内能转变为另一个粒子内能或动能的 碰撞 共振转移:激发态的粒子A*与基态粒子B碰撞,B激 发到高能态, A*返回基态
(a) 外腔式
(b)半内腔式
外腔式
谐振腔反射镜与放电管分离，放电管两端封有布 儒斯特窗. 优点:放电管的热变形对谐振腔的影响很小,加之 腔镜可调整,可以保证激光器在长期使用中输出稳 定. 布氏窗使激光器可获得线偏振光输出,偏振度一般 大于99%. 腔内可方便地插入其他的光学元件,获得调频、调 幅输出. 缺点:腔镜与放电管的相对位置容易改变,使用中 需经常调整. 半腔式优缺点介于内、外腔式之间.
c.常用：
氩离子激光器、氪离子激光器
激励方式
1.一般气体放电激励 (1) 直流连续放电 (2)高频放电 (3)脉冲放电 2.电子束激励 3.热激励 4.化学反应激励
特点
• 工作波长分布区域宽 • 输出光束质量高 • 转换效率高、结构简单、造 价低廉
应用
1.农业生产 2.国防 3.科研 4.医学等领域
5.化学激光器
• 1964年第一台光解离碘原子化学激光器问世
• • • • • • • • 工作物质：气体或液体（如ＨＦ、ＤＦ等） 激励方式：化学能激励 波长范围：紫外到红外波段，直至微米波段 特点： 功率高 能量输出高 无需外界提供泵谱源 应用范围广
6.自由电子激光器
典型激光器简介
非均匀加宽可忽略，在整个温度范围内都以均匀加宽为主
21
钕玻璃的非均匀加宽由配位场的不均匀性引起，均匀加
宽则由玻璃网络体的热振动引起。二者所占比例因材料
而异。在室温下，1.06mm谱线非均匀加宽为120～
3600GHz，均匀加宽为60～225GHz。虽然非均匀加宽
大于均匀加宽，但由于交叉弛豫过程，钕玻璃的增益饱 和特性与均匀加宽工作物质相似。
光器比较容易获得大能量输出，适合于调Q
固体工作物质通常加工成圆棒状(或盘片状)，棒侧面磨毛。 对棒两端面的加工要求很高：两端面为垂直于棒轴向的平
行平面，平行误差在5″~10″之间；端面与棒轴向的垂直度
<1″；端面的平整度小于半个光圈。为避免端面反射和内部
寄生振荡，端面镀有增透膜
19
光圈：镜片和样板放在一起的时候会形成干涉条纹，成
10
应用：光纤通信、光存储、光信息处理、科研、医疗等 激光光盘、激光高速印刷、全息照相、办公自动化、激光 准直等等
1962年，第一台半导体激光器——GaAs激光器问世
11
(5) 化学激光器
通过化学反应实现粒子数反转产生激光辐射 工作物质：目前主要是气体，HF、DF、氧碘
激励：化学能，一般采用一些引发措施促成化学反应，光
②
分子激光器：跃迁发生在气体分子不同的振-转能级之间。 主要采用CO2、N2、O2、N2O、H2、H2O等气体分子。代 表CO2激光器
6
③
准分子激光器：分子激光器的一种。 准分子：在基态离解为原子而在激发态暂时结合成分子的 不稳定缔合物。 激光跃迁发生在束缚态和自由态之间。 采用的气体主要有XeF、KrF、ArF、XeCl、XeBr等 典型代表：XeF准分子激光器
典型激光器介绍大全(精华版)ppt课件
• 钛蓝宝石（钛宝石，Ti3＋：AL2O3） • Nd:YAG泵浦的Co2+:MgF2激光器。
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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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。
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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1、红宝石的基本特性
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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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多数气体激光器有瞬时功率不高的弱点。
典型激光器介绍
激
1
光 器 介 绍
fN (E2 ) E2 EF
e kT 1
1
价带顶空穴的占据几率可以用P区的准费米能级来计算 fP (E1) EF E1
1 价带顶电子占据几率则为 fN (E1) 1 fP (E1) E1EF
e kT 1
e kT 1
§.
在结区导带底和价带顶实现粒子（电子）数反转的条件是
5.4.1 半导体的能带和产生受激辐射的条件
第
1.在一个具有N个粒子相互作用的晶体中，每一个能级会分裂成为N个能级，因此
五 章
这彼此十分接近的N个能级好象形成一个连续的带，称之为能带，见图(5-23)。
典 型 激 光 器 介 绍
图(5-23) 固体的能带
图(5-24) 本征半导体的能带
2. 纯净(本征)半导体材料，如单晶硅、锗等，在绝对温度为零的理想状态下，能 带由一个充满电子的价带和一个完全没有电子的导带组成，如图(5-24)。
§.
图(5-28) GaAs激光器的结构
2. 半导体激光器工作的阈值条件
激光器产生激光的前提条件除了粒子数发生反转还需要满足阈值条件
5 4
G
a内
1 2L
ln r1r2
半 导
增益系数和粒子数反转的关系也取决于谐振腔内的工作物质
体 激 光
Gν
n c2 A21
8 2ν2
f ν
t复合
e
Gν
n c2 A21 8 2ν2
f ν
n c2 8 2ν2t复合
f
ν
Gν
G a内 f (ν)
c2 8
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46
工作过程
1、放电：He电离产生电子 2、He与电子碰撞
3、共振能量转移
形成粒子数反转(能级寿命上10-7s :下10-8s)
47
4、受激辐射
5、紫外辐射
6、下能级排空 通过Ne与管壁的碰撞，管 壁发热放电管很细（2-3mm）， 加大碰撞几率，利于碰撞发生。
48
Ar离子激光器
Ar Ion Lasers
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。
红宝石的基本特性
Cr3+:Al2O3六方晶系，负单轴晶体
掺杂浓度 受激辐射截面 波长 1.58E19(cm-3) 2.5E-20(cm2) 694.3nm
M2 实际光束的束腰和远场发散角乘积 0 理想光束的束腰和远场发散角乘积
M 2 1, 越小光束质量越好
激光的偏振特性
• 偏振性主要取决于工作物质 • 各向同性介质在应力及热效应作用下导致应 力双折射，激光输出具有部分偏振特性。 • 在谐振腔中有偏振元件，激光输出也会具有 偏振性
工作过程
①放电，气体电离产生电子
②激励
或 或
③受激辐射
43
④下能级排空(碰撞排空) 主要依靠气体分子间的碰撞。充入一定比例的He气体。
激光器类型 封离型纵向激励CO2激光器 高功率轴快流CO2激光器 高功率横流CO2激光器 横向激励高气压CO2激光器（TEA） 波导CO2激光器
运行方式
金属材料的反射率
全固态激光器的的技术发展
D、典型非线性变换全固态激光器
平均功率：110W 重复频率：1~30kHz; 脉宽：<230ns 不稳定性: <1.03%
基于全固态激光器的激光电视
39
2、气体激光器
CO2激光器 He-Ne激光器 Ar离子激光器 准分子激光器
40
CO2激光器
常见激光器及其特性
跳转
1、 常见激光器概述
激光器的分类
已记录到的激光振荡波长有一万种以上。
• 按激光工作介质：
• 按化学组成：
– 原子激光器 – 固体激光器 – 分子激光器 (光纤激光器） – 离子激光器 – 气体激光器 – 自由电子激光器 – 半导体激光器 – 准分子激光器 – 染料激光器 • 激光运转方式: – 自由电子激光器 – 连续 • 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、端面泵浦
2、侧面泵浦
3、基于内反射的泵浦构型
3、泵浦耦合技术
B、耦合光学系统 聚光腔
聚光腔材料选择
3、泵浦耦合技术 B、耦合光学系统
• 金属：铝——轻型系统 铜——热膨胀系数小，导热率高 不锈钢——不生锈，光洁度高，热导率低 • 玻璃：易碎，导热性差，不生锈，耐腐蚀 • 陶瓷：易碎，导热性差，不生锈，耐腐蚀
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
= 1.053 μm 由于可获得大体积均匀性良好的钕玻璃，因而可制成大 型器件，获得高能量和功率的激光 ，现已制成输出功率 1014W激光器。
连续波可调谐钛蓝宝石激光器
3900S CW Tunable Ti:sapphire Laser
The high-performance, tunable, solid state IR laser
输出波长从675到1100nm 由Ar laser或LD泵浦532nm激光器泵浦 TEM00输出功率可达3.5W cw
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. 2. 3. 4. 5. 激光工作物质 泵浦源 聚光腔 谐振腔 冷却系统
固激光器的能量转换
0 .5 0 .4 0 .2
0.76 0.95
1
0 .9
0 .8
固体激光器阈值
阈值反转粒子数： nth
100% I0 工作物质 R
气体离子激光器 连续工作的氩离子激光器可以有9条蓝绿光谱线。 主要波长488nm，514.5nm 常见功率几十瓦，最高500W 直流放电泵浦，能量转换效率低
激光跃迁上能级粒子数集聚主要有三种 途径： a，基态氩离子与电子碰撞直接激发到4p 态； b，先激发到高于4p的其他能级， 然后通过级联辐射跃迁至4p； c，基态氩离子激发至低于4p的亚稳态后 再被激发到4p。
21
gth
1 1 ( ln ) 21 2l R
其中，n n2 g2 n1 g1
1
.............................(1.2 3)
受激辐射截面
I’ l
n为激光工作介质中的
21 2 A21 4 2 2 v 0
高斯线型
21 2 A 21 ln 2 4 3 2 v 0
2. 锕系离子 – 掺0.05%铀（U）的CaF2成功用于激光器，输出2.6um。 3. 过渡金属 – 铬（Cr3+) • 红宝石（Cr3+：AL2O3），紫翠宝石（绿宝石，金 绿宝石，翠绿宝石，Cr3＋：BeAl2O4） • 钛蓝宝石（钛宝石，Ti3＋：AL2O3） • Nd:YAG泵浦的Co2+:MgF2激光器。
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。 半导体激光器是各类激光器中体积最小、重量 最轻的激光器，使用寿命长，有效使用时间超过10 万小时。 输出波长主要在900nm附近 输出功率在90mW~100mW之间。
VCSEL结构示意图
DFB半导体激光器示意图
DBR半导体激光器示意图
半导体激光器，Laser Diode ProLite型光纤耦合单发射激光器
阈值条件： 即 红宝石 2.5E-20 cm2 27~88E-20 cm2 3E-20 cm2
gth
g n 21
1 1 ln .................(1.Nd3+:YAG 2 1) 2l R Nd3+:Glass
光谱特性 • 多纵模工作 – 空间烧孔效应 – 高增益 – 多模利用充分利用了反转粒子数，有利于锁模 • 高注入，高输出伴随激光线宽增加 激光束的方向性 衍射极限倍数因子M2
（2）红宝石激光器 工作物质：红宝石晶体
输出波长： 输出线宽：
694.3nm 0.01 ~ 0.1nm
工作方式：连续、脉冲 发 散 角 ： 10-3rad，一般为多模输出； 泵浦功率>阈值10~20%→单模
（3）掺钕钇铝石榴石（ Nd :YAG）
工作物质：YAG晶体内掺进稀土元素钕 输出波长： = 1.06μm 工作方式：连续、高重复率脉冲 因可掺进较高浓度的钕，故工作物质单位体积能提供较高 的激光功率，激光器也可作的比较小，若半导体激光器作泵浦 源的器件体积更小。
> 1 atm 一定压力的CO2, N2, He混合的气体分子激光器 波长 9-11um，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
（3）氩离子气体激光器
输出波长： =488nm； =514.5 nm ； 在可见光区输出功率最高，输出功率从几瓦~几百瓦。 氩/氪离子激光器，Stabilite 2017 Argon/Krypton Ion Laser
氮分子激光器 VSL-337ND-S Nitrogen Laser
3. 半导体激光器
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He-Ne激光器
工作物质：He Ne混合气体，体积比8：2，少量N2 气体原子激光器 输出谱线：632.8nm，1.15um，3.39um，以632.8nm为最 常见。 功率在mW级，最大1W 光束质量好，发散角可小于1mrad 单色性好，带宽可小于20Hz 稳定性高
荧光寿命
量子效率
能级结构
3.0ms
0.7 11(cm-1)，5.3(埃)
谱线线宽
吸收光谱
Nd:YAG的基本特性
Nd3＋:Y3Al5O12立方晶系，光学各向同性
掺杂浓度 受激辐射截面 1.38E20(cm-3) 88E-20(cm2)
波长
荧光寿命 量子效率 谱线线宽
1064nm
230us 1 4.5(埃)
B、固体工作物质
• 氧化物：Al2O3，YAG，YAP
基质
• 磷酸盐，硅酸盐： CaWO4
• 钨酸盐，钼酸盐，钒酸盐和铍酸盐： YVO4 • 氟化物: YLF • 玻璃：磷酸盐、硅酸盐
激活离子
1. 稀土离子 • 钕（Nd3＋） • 实现了100多种基质中获得受激发射 • 以0.9um，1.06um，1.35um为中心，可实现若干频率 的受激发射 • 铒（Er3＋） • 实现了YAG，YLF，YAP，LaF3，CaWO4，CaF2， 玻璃基质中的受激发射。 • 1.53~1.66um内实现激光发射，属人眼安全波长。 • 常用的Er3＋:YAG经敏化，最易其振，输出波长为 2.9um。 • 钬（Ho3＋） • 掺Er：Tm：Ho的YAG和YLF，输出波长1.9-2.1um • 掺Cr代替Er敏化，Cr：Tm：YAG激光器可有效吸收 闪光灯泵浦能量。输出波长2.1um。
率的激光输出起到强有力的作用。
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