典型激光器简介ppt课件
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
12
(6) 自由电子激光器 是一种新型激光器 工作物质：相对论电子束——通过电子加速器加速的高能 电子。自由电子激光器将相对论电子束的动能转变为激光 辐射能 激励：空间周期磁场或电磁场 特点：能量转换效率、输出激光波长连续可调 应用：在未来的生物、医疗、核能等领域具有重要的应用 前景
13
(7) X射线激光器 输出波长位于X射线波段(1-10nm) 工作物质：高度电离的等离子体 激励：光激励，须特殊的X射线源
2
第一节 概述
1.1 激光器的基本结构
激光器的基本结构：工作物质、激励源、光学谐振腔 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 激励源为工作物质中实现粒子数反转分布提供能源
3
1.2 激光器的分类及主要输出特性
1、按照激光工作物质划分
(1) 固体激光器 以固体激光介质作为工作物质 固体工作物质通常是在基质材料中掺入少量金属离子
9
(4) 半导体激光器 半导体激光二极管，或激光二极管(Laser Diode, LD） 工作物质：半导体材料。
① IIIA-VA族化合物半导体，GaAs、InP、等 ② IIB-VIA族化合物半导体，CdS等 ③ IVA-VIA族化合物半导体，PbSbTe等
类型：同质结、异质结(单、双)、量子阱 激励：注入电流激励 波长范围：近红外波段(920nm~1.65mm) 特点：能量转换率高、易于进行高速电流调制、超小型化、 结构简单、寿命长(十万甚至百万小时)
激光器 ① 原子激光器：跃迁发生在气体原子不同激发态之间。主要
采用氦、氖、氩、氪、氙等惰性气体和铜、锰、锌、铅等 金属原子蒸汽。代表He-Ne激光器 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
(激活离子)，激光跃迁发生在激活离子的不同工作能级 之间 激活离子：三价稀土金属离子、二价稀土金属离子、过 渡金属离子、锕系金属离子 典型代表：红宝石激光器(Cr3+:Al2O3)、掺钕钇铝石榴石 激光器(Nd3+:YAG)、钕玻璃激光器、钛宝石激光器
4
3+
激励：固体激光器多采用光激励，光源主要有闪光灯和 半导体激光二极管
④ 离子激光器：工作物质是已电离的气体离子，跃迁发生在 气体离子的不同激发态之间。 采用的气体离子主要有惰性气体离子、分子气体离子、金 属蒸汽离子等。典型代表：Ar+激光器
7
激励：主要是气体放电激励，还有电子束激励、热激励、 化学反应激励
波长范围：位于真空紫外-远红外波段，激光谱线上万条 特点：输出光束质量高(方向性单色性好)，连续输出功率
激光原理与技术
LASER Principles and Technology
赵风周
物理学院 2019年5月
1
第三章 典型激光器
1960年，休斯顿飞机公司的梅曼博士研制成功世界上第一台 红宝石激光器 为人类开发利用整个光频电磁波段掀开了崭新的一页，为光 学领域注入了生机，产生了量子光学、非线性光学等现代光 学分支
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
11百度文库
(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 引发、电引发、化学引发等 波长范围：紫外-微米波段 特点：功率高、能量输出高、无需外界提供激励源，可将 化学能直接转化成激光能量，特别适合野外等无电源处 应用：激光武器、同位素分离 1964年，第一台光解离碘原子化学激光器问世
(8) 光纤激光器 工作物质：掺入某些激活离子的光纤，或利用光纤本身的 非线性光学效应 激励：半导体激光二极管激励 特点：总增益高、阈值低、能量转换率高、很宽的波长调 谐范围，器件结构紧凑 1963年，第一台光纤激光器——Nd2O3光纤激光器问世 14
2、按照激光工作方式划分
连续输出和脉冲输出两种工作方式：连续激光器、脉冲 激光器
波长范围：位于可见光-近红外波段，激光谱线数千条 特点：输出能量大，运转方式多样，固体激光器结构紧
凑、牢固耐用、易与光纤耦合传输 应用：工业、国防、科研、医学等领域
——激光测距、材料加工、激光医疗、激光光谱学、激 光核聚变等
5
(2) 气体激光器 以气体和金属蒸气作为工作物质 根据工作气体性质，分为原子激光器、分子激光器、离子
大(CO2激光器等)，器件结构简单，造价低廉 应用：计量、材料加工、激光通信、能源等 1961年，第一台气体激光器——He-Ne激光器问世
8
(3) 液体激光器 工作物质：有机化合物液体(染料)和无机化合物液体
常用的染料有：吐吨类染料、香豆类激光染料、恶嗪激光 染料、花青类染料 激励：主要有激光激励和闪光灯激励两种形式 波长范围：紫外-近红外波段(300nm~1.3mm)，通过混频技 术可以将波长范围扩展至真空紫外到中红外波段 特点：波长连续可调，器件结构简单、价格低廉；染料溶 液稳定性比较差 1966年世界上第一台染料激光器——氯铝钛花青染料激光 器问世，采用红宝石激光激励
3、按照激光技术的应用划分 调Q激光器、锁模激光器、稳频激光器、可调谐激光器 4、按照谐振腔类型划分
非稳腔激光器、平面腔激光器、球面腔激光器等等
15
第二节 固体激光器
固体激光器在激光器家族中具有最长的历史。 我国研制的第一台激光器叫做“小球照明红宝石激光器”， 1961年8月诞生于中国科学院长春光机所。 激光器的设计师是王之江教授。王之江教授因此被中国光 学界尊称为“中国激光之父”。“小球照明红宝石激光器” 在结构上比梅曼那台激光器又前进了一大步，主要表现在 激励氙灯采用直管式，而非螺旋形；红宝石棒与氙灯并排 放在球形聚光器的球心附近。这种结构可以获得更高的激 励效率。直至今天，闪光灯激励的固体激光器还大都采用 这种方式
(6) 自由电子激光器 是一种新型激光器 工作物质：相对论电子束——通过电子加速器加速的高能 电子。自由电子激光器将相对论电子束的动能转变为激光 辐射能 激励：空间周期磁场或电磁场 特点：能量转换效率、输出激光波长连续可调 应用：在未来的生物、医疗、核能等领域具有重要的应用 前景
13
(7) X射线激光器 输出波长位于X射线波段(1-10nm) 工作物质：高度电离的等离子体 激励：光激励，须特殊的X射线源
2
第一节 概述
1.1 激光器的基本结构
激光器的基本结构：工作物质、激励源、光学谐振腔 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 激励源为工作物质中实现粒子数反转分布提供能源
3
1.2 激光器的分类及主要输出特性
1、按照激光工作物质划分
(1) 固体激光器 以固体激光介质作为工作物质 固体工作物质通常是在基质材料中掺入少量金属离子
9
(4) 半导体激光器 半导体激光二极管，或激光二极管(Laser Diode, LD） 工作物质：半导体材料。
① IIIA-VA族化合物半导体，GaAs、InP、等 ② IIB-VIA族化合物半导体，CdS等 ③ IVA-VIA族化合物半导体，PbSbTe等
类型：同质结、异质结(单、双)、量子阱 激励：注入电流激励 波长范围：近红外波段(920nm~1.65mm) 特点：能量转换率高、易于进行高速电流调制、超小型化、 结构简单、寿命长(十万甚至百万小时)
激光器 ① 原子激光器：跃迁发生在气体原子不同激发态之间。主要
采用氦、氖、氩、氪、氙等惰性气体和铜、锰、锌、铅等 金属原子蒸汽。代表He-Ne激光器 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
(激活离子)，激光跃迁发生在激活离子的不同工作能级 之间 激活离子：三价稀土金属离子、二价稀土金属离子、过 渡金属离子、锕系金属离子 典型代表：红宝石激光器(Cr3+:Al2O3)、掺钕钇铝石榴石 激光器(Nd3+:YAG)、钕玻璃激光器、钛宝石激光器
4
3+
激励：固体激光器多采用光激励，光源主要有闪光灯和 半导体激光二极管
④ 离子激光器：工作物质是已电离的气体离子，跃迁发生在 气体离子的不同激发态之间。 采用的气体离子主要有惰性气体离子、分子气体离子、金 属蒸汽离子等。典型代表：Ar+激光器
7
激励：主要是气体放电激励，还有电子束激励、热激励、 化学反应激励
波长范围：位于真空紫外-远红外波段，激光谱线上万条 特点：输出光束质量高(方向性单色性好)，连续输出功率
激光原理与技术
LASER Principles and Technology
赵风周
物理学院 2019年5月
1
第三章 典型激光器
1960年，休斯顿飞机公司的梅曼博士研制成功世界上第一台 红宝石激光器 为人类开发利用整个光频电磁波段掀开了崭新的一页，为光 学领域注入了生机，产生了量子光学、非线性光学等现代光 学分支
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
11百度文库
(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 引发、电引发、化学引发等 波长范围：紫外-微米波段 特点：功率高、能量输出高、无需外界提供激励源，可将 化学能直接转化成激光能量，特别适合野外等无电源处 应用：激光武器、同位素分离 1964年，第一台光解离碘原子化学激光器问世
(8) 光纤激光器 工作物质：掺入某些激活离子的光纤，或利用光纤本身的 非线性光学效应 激励：半导体激光二极管激励 特点：总增益高、阈值低、能量转换率高、很宽的波长调 谐范围，器件结构紧凑 1963年，第一台光纤激光器——Nd2O3光纤激光器问世 14
2、按照激光工作方式划分
连续输出和脉冲输出两种工作方式：连续激光器、脉冲 激光器
波长范围：位于可见光-近红外波段，激光谱线数千条 特点：输出能量大，运转方式多样，固体激光器结构紧
凑、牢固耐用、易与光纤耦合传输 应用：工业、国防、科研、医学等领域
——激光测距、材料加工、激光医疗、激光光谱学、激 光核聚变等
5
(2) 气体激光器 以气体和金属蒸气作为工作物质 根据工作气体性质，分为原子激光器、分子激光器、离子
大(CO2激光器等)，器件结构简单，造价低廉 应用：计量、材料加工、激光通信、能源等 1961年，第一台气体激光器——He-Ne激光器问世
8
(3) 液体激光器 工作物质：有机化合物液体(染料)和无机化合物液体
常用的染料有：吐吨类染料、香豆类激光染料、恶嗪激光 染料、花青类染料 激励：主要有激光激励和闪光灯激励两种形式 波长范围：紫外-近红外波段(300nm~1.3mm)，通过混频技 术可以将波长范围扩展至真空紫外到中红外波段 特点：波长连续可调，器件结构简单、价格低廉；染料溶 液稳定性比较差 1966年世界上第一台染料激光器——氯铝钛花青染料激光 器问世，采用红宝石激光激励
3、按照激光技术的应用划分 调Q激光器、锁模激光器、稳频激光器、可调谐激光器 4、按照谐振腔类型划分
非稳腔激光器、平面腔激光器、球面腔激光器等等
15
第二节 固体激光器
固体激光器在激光器家族中具有最长的历史。 我国研制的第一台激光器叫做“小球照明红宝石激光器”， 1961年8月诞生于中国科学院长春光机所。 激光器的设计师是王之江教授。王之江教授因此被中国光 学界尊称为“中国激光之父”。“小球照明红宝石激光器” 在结构上比梅曼那台激光器又前进了一大步，主要表现在 激励氙灯采用直管式，而非螺旋形；红宝石棒与氙灯并排 放在球形聚光器的球心附近。这种结构可以获得更高的激 励效率。直至今天，闪光灯激励的固体激光器还大都采用 这种方式