激光器的输出功率
激光器的基本参数和基础知识
激光器的基本参数和基础知识激光器是一种产生和放大一束高度聚焦的光束的装置，它利用特殊的光学放大器将输入的光线转化为一束具有高度相干性和高度单色性的激光光束。
以下是激光器的一些基本参数和基础知识：1. 激光器的波长（Wavelength）：激光器产生的激光光束的波长是决定其光学特性的重要参数。
不同波长的激光器在光的传播、吸收和散射方面有着不同的特性。
2. 输出功率（Output Power）：激光器的输出功率是指激光器在单位时间内向外辐射的光能量。
输出功率的大小可以影响到激光器在实际应用中的效果和使用范围。
3. 光束质量（Beam Quality）：光束质量是激光器输出光束的空间属性的度量，它决定了光束的聚焦能力和光学深度。
光束质量越高，光束越接近理想光束，具有更好的聚焦和穿透能力。
4. 脉冲宽度（Pulse Width）：对于脉冲激光器而言，脉冲宽度是指激光脉冲的持续时间。
脉冲宽度的长短对于一些应用领域，如精密切割、医疗器械等，有着重要的影响。
5. 光学阻尼器（Optical Attenuator）：光学阻尼器是用于调节和控制激光光束强度的光学装置，通过调整光损耗或反射来控制光强。
6. 光束扩散角（Divergence Angle）：光束扩散角是指光束的发散性，即光束离开激光器时的束腰大小和形状。
光束扩散角可以描述激光器在空间中的传播特性。
7. 频率稳定性（Frequency Stability）：激光器的频率稳定性是指激光器的输出频率在一定时间范围内的稳定性。
频率稳定性越高，激光器的输出频率在长时间应用中的波动越小。
8. 工作温度范围（Operating Temperature Range）：激光器的工作温度范围是指激光器可以正常工作的温度范围。
对于一些特殊环境下的应用，工作温度范围的宽窄对激光器的使用有着重要的影响。
1.激光的产生原理：激光器内部通过激发材料（例如气体、固体或半导体）来产生激光。
激光原理3.5激光器的输出功率(2014)
G0 G= (3-55) 1 + I 平均 I s 式中，I为激光器在稳态工作时腔内的平均光强，Is为激光工作 介质的饱和光强，G0为激光工作介质的小信号增益系数。 高福斌 2 /27
3.5.1 均匀增宽型介质激光器的输出功率
在驻波型激光器中，稳定工作时， 腔内存在着沿腔轴方向传播的光 I+ 和反方向传播的光 I－。若谐振腔由 一面全反射镜和一面透射率为 t 的输 出反射镜组成时，腔内光强如图3-11 所示。 一. 稳定出光时激光器内诸参数的 表达式 (1) 腔内最小的光强 (2) 腔内最大光强
9
/27
⎛ 2 LG 0 ⎞ 1 P = AI out = t1 I s A ⎜ − 1⎟ 2 ⎝ α1 + t1 ⎠ 为了使激光器有最大的输出功率，必须使部分反射镜的透 射率取最佳值： ⎛ 2 LG 0 ⎞ 1 ⎛ 1 2 LG 0 ⎞ dP − 1⎟ + t1 AI s ⎜ − =0 = 0 ⇒ A ⋅ Is ⎜ 2 ⎟ 2 dt1 ⎝ α1 + t1 ⎠ 2 ⎝ (α1 + t1 ) ⎠
(3-74)
14
高福斌
/27
若腔内各频率的光强 I 都等于Is，则ν0以及ν0附近的ν光波所 获得的增益系数分别为： 获得的增益系数分别为
0 0 0 0 GD (ν0 ) GD (ν0 ) GD (ν ) GD (ν ) GD (ν0 ) = = 和 GD (ν) = = 1 + 2Is I s 3 1+ Is Is 2
(3 6 ) (3-67)
11
/27
3.5.2 非均匀增宽型介质激光器的输出功率
和均匀增宽激光器不同的是, 当振荡模频率vq≠v0 时, I+和I-两 束光在增益曲线上分别烧两个孔。对每一个孔起饱和作用的分 别是 I+ 或 I- , 而不是两者的和。 一. 稳定出光时激光器内诸参数的表达式 (3-56) (0,ν ) exp 2 L(G − α in ) (1)腔内最大光强 I − (2 L,ν ) = r2 I + (0 (3-68)
《激光原理》3.5激光器的输出功率(新)
s
[(
2LGG0 (ν) a1 t1
)2
1]
➢若腔内单纵模的频率为 ν0，激光器腔内平均光强为：
I
(ν0
)
1 2
I
s
[(
2LGG0 (ν0 a1 t1
)
)2
1]
激光器输出光强为：
Iout
(ν0 )
t1I
(ν0 )
1 2
t1I
s[(
2LGG0 (ν0 a1 t1
)
)2
1]
Iout (ν0 )
t1I (ν0)
五、多频激光器的输出功率
➢若腔内允许多个谐振频率，且相邻两个纵模的频率间隔大
于烧孔的宽度以及各频率的烧孔都是彼此独立的，则平均光
强为：
I
(ν)
Is 1 2
[( Is
2LGD0 (ν))2 1] a1 t1
[(2LGD0 (ν0))2 a1 t1
1]
ν ν0 ν ν0
输出功率为：
P(ν)
G阈
2.当 q ， 光0 束
与
I
将
I
在增益曲线中心处产生一个烧孔，
此时： I I I 2I
GD (ν0 )
GD0 (ν0 ) 1 (I I)
Is
G阈
GD (ν0 )
GD0 (ν0 ) 1 (I I)
Is
G阈
若用平均光强2I来替 I (z,ν0 ) I (2L z,ν0)
使输出功率降低。严重时使腔内不能形成激光。
➢t1过小，虽然使G阈降低光强增强，但镜面损耗a1I-(2L)也 将增大。
1
2LG0
P AIout 2 t1Is A( a1 t1 1)
激光器的基本参数和基础知识
激光器的基本参数和基础知识激光器是一种重要的光源，在生产、科研、医疗等领域中得到广泛应用。
不同领域所使用的激光器参数不同，因此了解激光器的参数是选择合适激光产品的关键。
本文将介绍常规激光器的参数定义，并简要说明，以帮助读者选择适合的激光产品。
一、输出功率（激光功率）激光器发出的光是光能形成的，与电能类似，光能也是一种能源。
激光器的输出功率是单位时间内输出激光能量的物理量，通常用毫瓦（mW）、瓦（W）或千瓦（kW）表示。
二、功率稳定性功率稳定性是指激光输出功率在一定时间内的不稳定度，通常分为RMS稳定性和峰峰值稳定性。
RMS稳定性是指测试时间内所有采样功率值的均方根与功率平均值的比值，用来描述输出功率偏离功率平均值的分散程度。
峰峰值稳定性是指输出功率的最大值和最小值之差与功率平均值的百分比，表示一定时间内输出功率的变化范围。
三、光束质量因子（M²因子）；光束参数积（BPP）光束质量因子是激光束腰半径和光束远场发散角的乘积与理想基模光束束腰半径和基模发散角乘积的比值，即M²=θw/θ理想w理想光束质量影响激光的聚焦效果和远场光斑分布情况，是用来表征激光光束质量的参数。
实际激光光束质量因子越接近1，说明光束质量越接近理想光束，光束质量越好。
光束整形器一般要求高质量的激光，M²需要小于1.5.光束参数积是激光束的远场发散角与光束最窄点半径的乘积，即BPP=θw。
它可以量化激光束的质量以及将激光束聚焦到小点的程度。
光束参数积即BPP值越低，光束的质量越好。
M²值是BPP值的归一化值，针对具有特定波长的衍射极限光束进行归一化，即M²=BPP/BPP，其中BPP是特定波长的衍射极限光束的值，且BPP=λ/π。
四、光斑（横模）横模是指垂直于激光传播方向上某一横截面上的稳定场的分布，激光器的光斑表征就是横模分布。
通过光斑分析仪或激光轮廓分析仪可以将横模分布模拟出来，得到激光器的一些光束特征。
激光功率定义
激光功率定义
激光功率定义
激光功率是指激光器输出的功率，通常用瓦特（W）作为单位。
激光
功率是衡量激光器性能的重要指标之一，也是激光应用中常用的参数
之一。
激光功率的大小直接影响激光器的输出能力和应用效果。
一般来说，
激光功率越大，激光器的输出能力越强，应用范围也越广。
例如，高
功率激光器可以用于材料加工、医疗治疗、通信传输等领域，而低功
率激光器则主要用于测量、检测、显示等领域。
激光功率的测量方法有多种，常用的方法包括热效应法、光功率计法、光谱法等。
其中，热效应法是最常用的方法之一，它利用激光器输出
的光束对样品产生热效应，通过测量样品温度的变化来计算激光功率。
光功率计法则是利用光功率计测量激光器输出的光功率，再通过功率
密度和光束面积的关系计算激光功率。
除了激光功率大小外，激光功率密度也是一个重要的参数。
激光功率
密度是指激光功率在单位面积上的分布情况，通常用瓦特/平方厘米（W/cm²）作为单位。
激光功率密度的大小直接影响激光与样品的相
互作用，例如，高功率密度的激光可以在短时间内将样品加热到高温，从而实现材料加工和焊接等应用。
总之，激光功率是激光器性能的重要指标之一，它的大小和分布情况
直接影响激光器的输出能力和应用效果。
在实际应用中，需要根据具
体需求选择合适的激光功率和功率密度，以达到最佳的应用效果。
激光器等级分类标准
激光器等级分类标准
激光器的等级分类标准是根据激光器的功率、波长、辐射范围、辐射时间等参数来确定的。
国际标准化组织（ISO）和美国激光安全标准委员会（ANSI）制定了一套广泛应用的激光器等级分类标准，被称为“激光产品安全标准”。
根据这套标准，激光器等级分为以下几个级别：
1. 第一类激光器（Class 1）：无眼安全风险的低功率激光器，即使在长时间直接观察下也不会对人眼造成伤害。
2. 第二类激光器（Class 2）：低功率可见光激光器，对人眼有一定伤害风险，但由于人眼对瞬时光刺激有自我防御机制，所以在正常使用下不太可能造成损害。
这种激光器的输出功率限制在1毫瓦以下。
3. 第三类激光器（Class 3）：中等功率激光器，分为3A和3B 两个子类。
- 3A类激光器：输出功率不超过5毫瓦，对人眼有一定伤害风险，但在正常使用下不会造成严重损伤。
- 3B类激光器：输出功率在5毫瓦到500毫瓦之间，对人眼造成潜在危险，直视或近距离照射可能会引起眼睛损伤。
因此，对于3B类激光器的使用，需要采取一些特殊的安全措施来保护人眼。
4. 第四类激光器（Class 4）：高功率激光器，输出功率超过500毫瓦。
这类激光器对眼睛和皮肤都具有严重的伤害风险，甚至可以引起火灾和烧伤。
在使用和操作上，对于第四类激光器需要非常严
格的安全措施和专业技术支持。
需要注意的是，以上等级标准是一种国际通用标准，不同国家和地区可能还会有一些额外的标准和要求。
在使用激光器时，应该遵守相应的安全规范和操作指南，确保激光器的安全使用。
4.4 激光器的输出功率与能量-20200506
第2四. 章非均激光匀器加的工宽作单特模性 激光器
I , q I , q
VZ ,1
-VZ
0 1 vz c ) 0 1 vz c )
I
I
q0时,I 和 I 分别在增益曲线上烧两个孔, 而不是共同作用
激光器稳态 工作时
非均匀加
gi ( q , Iq )
gi0 ( q )
烧孔重叠条件
q - 0
H 2
1 Iq Is
兰姆凹陷宽度() 烧孔宽度
兰姆凹陷宽度() ~ L
H
1 Iq Is
气压 碰撞加宽L 烧孔宽度 , 深度变浅直至 均匀展宽为主时，兰姆凹陷消失
P3>P2>P1
气压高到一定程度 时，均匀加宽为主
13
第四章 激光器的工作特性
14
第四章 激光器的工作特性
假设 T 1
稳态工作时增益系数也很小， 近似认为
I I
腔内平均光强
I I I 2I
T1=0
I
I+ I-
T2=T
P
I , I 同时参与饱和
4
第四章 激光器的工作特性
均匀加宽工作物质大信号增益系数
g
H
(
,
I
)
1
g
0 H
( )
I
gt
l
Is ( )
稳定工作情况下光强
I
I
s
(
)
g
0 H
(
)l
-
n2tV
h
0
EP1 h P
-
n2tV
A S
输出能量(E)
A 0 S P
T T
激光器功率
激光器功率一、引言激光技术作为现代科技领域中的重要组成部分，被广泛应用于工业、医疗、通信等领域。
激光器是激光技术的核心设备，其功率是影响激光器性能和应用范围的关键指标之一。
本文将深入探讨激光器功率的概念、计量方式、对应用的影响以及提高激光器功率的方法。
二、激光器功率的概念激光器功率是指激光器每秒钟输出的能量，常用单位是瓦特（W）。
激光器的功率大小直接决定了激光束在空间中的传输距离和功率密度。
三、激光器功率的计量方式激光器功率的计量方式主要有两种：连续功率和脉冲功率。
连续功率是指激光器输出的稳定连续光束所携带的功率，常用单位是瓦特（W）。
脉冲功率是指激光器输出的不稳定脉冲光束所携带的功率，常用单位是瓦特（W）或焦耳（J）。
四、激光器功率对应用的影响激光器功率的大小直接影响激光器在应用中的表现。
首先，功率过小会导致激光束无法达到预期的传输距离，限制了激光器在远距离通信和激光雷达等领域的应用。
其次，功率过小还会限制激光器在加工和切割等工业领域的应用，使加工速度过慢或加工质量下降。
另外，激光器功率过大也会带来问题，如对环境和人体安全造成潜在威胁。
五、提高激光器功率的方法针对激光器功率不足的问题，科研人员提出了一系列的技术方法来提高激光器的功率。
首先，可以通过优化激光器结构和激光器泵浦方式来提高激光器的效率和输出功率。
其次，可以利用多级放大器或激光增益介质的堆叠来实现高功率激光器的输出。
另外，还可以通过激光束合并技术将多个低功率激光束合并为一个高功率激光束，从而提高激光器的输出功率。
六、结论激光器功率是激光技术中的重要参数之一，直接影响激光器在各个应用领域中的表现。
合理的功率选择可以提高激光器的传输距离、加工速度和加工质量，从而推动激光技术的进一步发展和应用。
通过不断努力提高激光器功率的方法和技术，相信激光技术将在更多领域展现出巨大的应用潜力和市场价值。
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1 2LG 0 t1I s A( 1) 2 a1 t1
(2) P与A的关系: A越大，P越大；而高阶横模的光束截面要 比基横的大 (3) P与t1的关系: 实际中总是希望输出功率大镜面损耗小， 即希望
I (2L) I (0) (a1 t1 ) I (2L) t1I (2L)
(5) 最大最小光强、输出光强和 镜面损耗之间关系
图(3-11) 谐振腔内光强
I (2L) I (0) I out I h （a1 t1 ）I （ 2L）
(6) 平均行波光强 腔内某一点z处，
近似用平均光强2I代替腔内光强 I+(z)+ I -(2L-z)，
腔内的平均增益系数：
激光器的总损耗：
1 1 a总 a内 ln r1r2 ln[1 (a1 t1 )] 2L 2L
a1 t1 a总 2L
则激光器内行波的平均光强I可以化为：
I s 2 LG 0 I ( 1) 2 a1 t1
激光器输出光强也可以表示为：
图(3-11) 谐振腔内光强
G0 G G阈 1 2I I s
I s G0 I s G0 平均行波光强为： I ( －1)＝ ( －1) 2 G阈 2 a总
二. 激光器的输出功率 (1) 理想情况
a内 0 ，
r2 1, t2 0, a2 0
r1 1 (a1 t1 )
图(3-11) 谐振腔内光强
这要求t1大，a1小
P AIout
1 2LG 0 t1I s A( 1) 2 a1 t1
为了使激光器有最大的输出功率，必须使部分反射镜的透 射率取最佳值：
0 0 dP 1 2 LG 1 2 LG 0 A Is ( 1) t1 AI s ( )0 2 dt1 2 a1 t1 2 (a1 t1 )
激光器无输出
增强外界激发
I I 恒定
G
当 G G阈 时， 稳态建立
3.5.1 均匀增宽型介质激光器的输出功率
一. 稳定出光时激光器内诸参数的表达式 (1) 腔内最小的光强 (2) 腔内最大光强
I (0)
I (2L) r2 I (0) exp[2L(G a内 ） ]
(3) 输出光强:
图(3-11) 谐振腔内光强
I out t1 I (2L) t1r2 I (0) exp[2L(G a内 ） ]
(4) 镜面损耗：
I h a1 I (2L) a1r2 I (0) exp[2L(G a内 ） ]
剩余部分：
I (0) r1 I (2 L) r1ห้องสมุดไป่ตู้r2 I (0) exp[2 L(G a内 ） ]
3.5. 激光器的输出功率
连续或长脉冲激光器
一、腔内光强分布的特点及理由
特点：腔内光强分布是不均匀的。 理由：激活介质的光放大作用、腔内损耗系数的不均匀分布、驻波效 应、光场的横向高斯分布等。 处理方法：通过讨论稳态情况下的平均光强 来 估算激光器输出功率。
二、腔内光强达到稳态的过程
外界激发很弱时
G 0 G阈 G 0 G阈
I out
I s 2 LG 0 t1I t1 ( 1) 2 a1 t1
若激光器的平均截面为A，则其输出功率为：
P AIout 1 2LG 0 t1I s A( 1) 2 a1 t1
三. 输出功率与诸参量之间的关系 (1) P与Is的关系: 两者成正比
P AIout
解以上方程得最加透射率：
t1 (2 LG 0 a1 )1 2 a1 a1 ( 2 LG 0 a1 )