典型激光器简介
各种激光器的介绍
各种激光器的介绍激光（Laser）是光学与物理学领域中的重要研究方向之一，也是现代科学中应用最广泛的光源之一、激光器是产生、放大和产生激光的装置，它能够使光以高度有序的方式输出，并具有高度相干和高度定向的特性。
激光器可以根据不同的工作原理和激光频率，分为多种类型，下面将为大家介绍几种常见的激光器。
1. 固体激光器（Solid State laser）：固体激光器是利用固体材料作为介质的激光器。
固体激光器的工作物质通常为具有特殊能级结构的晶体或玻璃材料。
最早的固体激光器是由人工合成的红宝石晶体制成的。
它具有高度的可靠性、较高的功率输出和较宽的谱段覆盖等特点，广泛应用于医疗、测量、通信、材料加工等领域。
2. 气体激光器（Gas laser）：气体激光器是利用气体作为活性介质的激光器。
常见的气体激光器有二氧化碳激光器、氦氖激光器等。
其中，二氧化碳激光器是最早被发现和研究的激光器之一，具有连续激光输出、较高的功率密度和中远红外波段特点，广泛应用于材料加工、切割、医疗等领域。
3. 半导体激光器（Semiconductor laser）：半导体激光器是利用半导体材料作为活性介质的激光器。
它是目前应用最广泛的激光器之一，常见的有激光二极管（LD）和垂直腔面发射激光器（VCSEL）。
半导体激光器具有小巧轻便、功耗低、寿命长等特点，广泛应用于激光显示、光通信、生物医学等领域。
4. 光纤激光器（Fiber laser）：光纤激光器是利用光纤作为反射镜和放大介质的激光器。
它采用光纤的内部介质作为激光器的活性介质，激光通过光纤进行传输和放大。
光纤激光器具有高度稳定性、方便携带、适用于长距离传输等特点，广泛应用于材料加工、制造业、激光雷达等领域。
5. 半导体泵浦固体激光器（Diode-pumped solid-state laser）：半导体泵浦固体激光器是利用半导体激光器（如激光二极管）泵浦固体材料产生激光的激光器。
它继承了固体激光器的高功率、高效率和稳定性等特点，同时又具有半导体激光器小尺寸、低功耗等优势。
常用激光器简介
几种常用激光器的概述一、CO2激光器1、背景气体激光技术自61年问世以来，发展极为迅速，受到许多国家的极大重视。
特别是近两年，以二氧化碳为主体工作物质的分子气体激光器的进展更为神速，已成为气体激光器中最有发展前途的器件。
二氧化碳分子气体激光器不仅工作波长(10.6微米)在大气“窗口”，而且它正向连续波大功率和高效率器件迈进。
1961年，Pola-nyi指出了分子的受激振动能级之间获得粒子反转的可能性。
在1964年1月美国贝尔电话实验室的C.K.N.Pate 研制出第一支二氧化碳分子气体激光器，输出功率仅为1毫瓦，其效率为0.01%。
不到两年，现在该类器件的连续波输出功率高达1200瓦，其效率为17 %，电源激励脉冲输出功率为825瓦，采用Q开关技术已获得50千瓦的脉冲功率输出。
最近，有人认为，进一步提高现有的工艺水平，近期可以达到几千瓦的连续波功率输出和30~40% 的效率。
2、工作原理CO2激光器中，主要的工作物质由CO₂，氮气，氦气三种气体组成。
其中CO₂是产生激光辐射的气体、氮气及氦气为辅助性气体。
加入其中的氦，可以加速010能级热弛预过程，因此有利于激光能级100及020的抽空。
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。
CO₂分子激光跃迁能级图CO₂激光器的激发条件：放电管中，通常输入几十mA或几百mA的直流电流。
放电时，放电管中的混合气体内的氮分子由于受到电子的撞击而被激发起来。
这时受到激发的氮分子便和CO₂分子发生碰撞，N2分子把自己的能量传递给CO2分子，CO₂分子从低能级跃迁到高能级上形成粒子数反转发出激光。
3、特点二氧化碳分子气体激光器不但具有一般气体激光器的高度相干性和频率稳定性的特点,而且还具有另外三个独有的特点：（1）工作波长处于大气“窗口”，可用于多路远距离通讯和红外雷达。
（2）大功率和高效率( 目前，氩离子激光器最高连续波输出功率为100瓦，其效率为0.17 %，原子激光器的连续波输出功率一般为毫瓦极,其效率约为0.1%，而二氧化碳分子激光器连续波输出功率高达1200瓦,其效率为17%）。
各种典型激光器原理
氦氖激光器
氦氖激光器使用氮气和氖气的混合物作为工作气体。这种激光器产生可见光， 通常在红色、绿色和黄色波长范围内。氦氖激光器具有高效率、长寿命和稳 定的输出特性。
二氧化碳激光器
二氧化碳激光器使用二氧化碳分子作为激发介质。它们产生的激光主要是红外线光，可用于切割、打孔、激光 治疗等应用。二氧化碳激光器是商业和医疗领域最常用的激光器之一。
半导体激光器
半导体激光器基于半导体材料的特性。它们小巧、高效，常用于通信、激光打印和光存储等领域。半导体激光 器还可以通过改变工作电流调节输出频率和功率。
钛宝石激光器
钛宝石激光器使用钛宝石晶体作为激发介质。它们产生的激光具有脉冲宽度 短、波长可调节的特性，广泛应用于化学、生物、材料科学等领域的研究。
各种典型激光器原理
激光器是一种产生单色、高亮度、相干且聚焦成束的光源。本演示将介绍激 光器的基本原理以及各种典型的激光器类型和应用。
激光器的基本原理
激光器工作基于受激辐射和光放ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ效应。激发介质中的原子或分子由于能量 吸收而处于激发态，而后通过受激辐射过程与其他自由原子或分子发生相互 作用，产生出与激发辐射的频率和相位相同的光。
光纤激光器
光纤激光器使用光纤作为激光传输的媒介。它们具有小尺寸、高能量转换效 率和灵活的束传输特性。光纤激光器广泛应用于通信、材料加工和传感器等 领域。
其他激光器及激光应用
除了上述类型的激光器外，还有很多其他类型的激光器，如纤维激光器、固体激光器、气体激光器等。此外， 激光技术在医学、制造、测量、娱乐等各个领域都有广泛的应用，如激光切割、激光雕刻、激光测距、激光秀 等。
各种激光器的介绍
四、 新型固体激光器
3. 高功率固体激光器
高功率固体激光器主要是指输出平均功率在几百瓦以上的各种连续、准连续 及脉冲固体激光器，它一直是军事应用和激光加工应用所追求的目标。
从二十世纪七十年代起开始研制的板条形固体激光器，就是针对克服工作物 质中的热分结构如图(5-8)所示。
3.掺钕钇铝石榴石(Nd3＋：YAG) 工作物质:将一定比例的A12O3、Y2O3，和Nd2O3在单晶炉中进行熔化结晶而 成的，呈淡紫色。它的激活粒子是钕离子(Nd3＋)，其吸收光谱如图(5-4)所示
图(5-4) Nd3＋:YAG 晶体的吸收光谱
YAG中Nd3＋与激光产生有关的能级结构如图(5-5) 所示。它属于四能级系统。 荧光谱线中心波长为1.35um和1.06um；由于 1.06um比1.35um波长的荧光强约4倍，所以激光振 荡中，将只产生1.06um的激光
图(5-8) 板条形固体激光器结构示意图
一、氦-氖(He-Ne)激光器
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。
1. He-Ne激光器的结构和激发机理 He-Ne激光器可以分为内腔式、外腔式和半内腔式三种，如图(5-9)所示。 He-Ne激 光器工作物 质为Ne原子， 即激光辐射 发生在Ne原 子的不同能 级之间。He 主要起提高 Ne原子泵浦 速率的辅助 作用。
图(5-5) Nd3＋:YAG 的能级结构
二、固体激光器的泵浦系统
1. 固体激光工作物质是绝缘晶体，一般都采用光泵浦激励。目前的泵浦光源多 为工作于弧光放电状态的惰性气体放电灯。 2. 泵浦光源应当满足两个基本条件：一是有很高的发光效率；二是辐射光的光 谱特性应与激光工作物质的吸收光谱相匹配
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；
几种激光器的结构示意
几种激光器的结构示意激光器是一种能够产生激光光束的器件。
不同类型的激光器通过不同的结构设计来产生不同的激光波长和激光功率。
下面将介绍几种常见的激光器结构示意。
1.气体激光器气体激光器利用气体放电产生激光。
气体激光器的基本结构包括激活介质、激励源和谐振腔。
激活介质是气体，常用的有氖、氩、氮气等。
激活介质通常填充在放电室内，由于电压作用下的电子激发使激发介质处于激发态，然后通过自发辐射产生的辐射光激发其他激发介质，从而实现光的放大效应。
激光器的谐振腔是由两块平面反射镜构成的，通过调节反射镜间的距离，可以实现激射光束的调谐。
2.固体激光器固体激光器是指利用固体介质产生激光。
固体激光器的基本结构包括激发源、增益介质和谐振腔。
激发源通常是一个脉冲电流或者光源，通过激发能量传递给增益介质，使其转化为激发态。
增益介质通常是晶体或者玻璃，如Nd:YAG晶体、Nd:YVO4晶体等。
激发能量在增益介质中逐渐积累，产生激光放大效应。
激光器利用谐振腔来限制光的传播方向，提供光的增益和反射，从而产生高激光功率输出。
3.半导体激光器半导体激光器是利用PN结构形成的电流与光的耦合效应来产生激光。
它的基本结构主要由P型半导体层、N型半导体层和激活层组成。
激活层是半导体激光器的核心部分，通过电流注入的方式产生激发态电子和空穴，然后通过电子空穴复合过程，放出激光。
半导体激光器具有体积小、发光效率高、功耗低等优点，广泛应用于通信、医疗等领域。
4.光纤激光器光纤激光器是利用光纤作为激光介质的激光器。
光纤激光器的基本结构包括光纤、增益介质和谐振腔。
增益介质通常是受控的掺杂光纤，如掺钕光纤、掺铽光纤等。
激发源通过光纤输入激发介质，产生激发态，然后通过自发辐射和受激辐射过程产生激光。
谐振腔的结构通常根据需要采用不同的方式，如光栅镜、光纤光栅、光纤环等。
以上是几种常见的激光器结构示意，每种激光器都有特定的工作原理和结构设计，以满足不同的应用需求。
第3讲 典型激光器介绍及光线传输矩阵
能级
图
封离式CO2激 光器结构示意 图
12
3.1 典型激光器介绍
13
3.1 典型激光器介绍
▪ Ar+离子激光器
➢ Ar＋激光器一般由放电管、谐振腔、轴向磁场和回气管等几部分组 成。如下图所示为石墨放电管的分段结构 。
分段石墨结构Ar+激光器示意图
14
3.1 典型激光器介绍
15
3.1 典型激光器介绍
3、不同介质介面（平面）
ro ri 0
ro
0
1 2
ri
1
ro ro
0
0
1 2
ri ri
Байду номын сангаас
由近轴近似，折射定律可以写成
1 sin ri 2 sin ro 1 ri 2 ro
辐射不是基于原子分子或离子的束缚电子能级间的跃磁韧致辐射带电粒子在磁场中受到洛伦兹力的作用会作加速运动从而产生辐射当速度接近光速的电子作圆周运动时将会辐射出光子由于这种辐射1947年在同步加速器上被发现的因而被命名为同步辐射synchrotronradiation切伦科夫辐射当电子在介质中运动时如果它们的速度比光在介质中的相速度大电子也会产生光辐射其波长随着电子速度而变化虽然光很弱但却是单色性很好的辐射光
➢ 谱线范围宽 ---目前有数百种气体和蒸气可以产生激光，已经观测到 的激光谱线近万余条，谱线覆盖范围从亚毫米波到真空紫外波段， 甚至 X射线、射线波段。
➢ 光束质量优---工作物质均匀一致保证了气体激光束的优良光束质量， 在光束的相干性、单色性方面优于固体、半导体激光器，如He-Ne 激光的单色性很高，Δλ很容易达到10-9～10-11nm，其发散角只有l～ 2毫弧度。
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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
②
温度上升导致荧光线宽加宽，量子效率下降。
红宝石晶体低温下性能优良。 温度升高将使其荧光谱线展宽，量子效率下降，从而导致器 件阈值上升，效率下降，严重时会引起“温度猝灭”。因此，
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
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
均匀加宽由晶格热振动引起，而非均匀加宽则由晶格缺陷
引起。因机理复杂，很难从理论上求得固体工作物质谱线
加宽线型函数的具体表达形式，一般是通过实验求出它的 谱线宽度。
红宝石晶体在低温时，谱线加宽主要是由晶格缺陷引起的
非均匀加宽，室温时，以晶格热振动引起的均匀加宽为主
Nd3+ :YAG因晶体质量比红宝石好，故由晶格缺陷引起的
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 (Ti3+:Al2O3)
4
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
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
R1线中心波长为694.3nm，Ē→4A2 能级的自发辐射跃迁 R2线中心波长为692.9nm，2Ā→4A2能级的自发辐射跃迁
红宝石激光器通常只产生694.3nm激光，692.9nm不能形成振荡，主原 因为：(a)跃迁到激光上能级Ē和2Ā上的粒子数服从玻尔兹曼分布，Ē能 级上约占53%，2Ā能级上占47%；(b)R1 线的荧光强度高于R2线，使R1 线的受激辐射几率高于R2线，R1线先达到阈值形成激光振荡。由于2Ā 与E两能级之间能级差很小，粒子交换频繁， Ē上的粒子跃迁后，2Ā能 级上的子迅速转移到该能级，从而进一步抑制了R2 线的振荡。
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
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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
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
(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
(Co3+)等。
④ 锕系金属离子：多具有放射性，不易制备，只有铀(U3+)
曾有所应用。
18
固体工作物质特点与要求
固体工作物质达数百种，从中已获得激光谱线数千条。 在一般固体工作物质中，参与受激辐射作用的离子浓度约
为1025～1026m-3 ，比气体工作物质高3～4个数量级以上，
且固体工作物质激光上能级的寿命也比较长， 因此固体激
生长轴与光轴成60o，为60o红宝石晶体，产生线偏振光。实
际使用中，多用60o红宝石晶体。
23
(2)晶体的激光性质
晶体的激光性质主要指其能级结构、吸收光谱和荧光光谱
① 能级结构
晶体的激光性质主要取决于 Cr3+。Cr的外层电子组态为 3d54s1 ，掺入Al2O3后失去3 个电子，剩下3d壳层上3个
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
16
2.1 固体工作物质
固体工作物质由固体基质材料和少量掺杂离子(金属离 子)两部分构成。其中固体工作物质的物理性能由基质
材料体现，而其光谱特性则由掺杂离子决定。
基质材料有晶体和玻璃两大类。晶体又分为氧化物晶
体和氟化物晶体。氧化物晶体有单一氧化物和混合氧
化物。单一氧化物晶体如Al2O3 ；混合氧化物晶体如石 榴石型晶体YAG、YAP。氟化物晶体也有单一氟化物 ，如CaF2晶体和混合氟化物；如LiYF4 晶体。玻璃则有 硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃等。
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(激 活离子)，激光跃迁发生在激活离子的不同工作能级之间
①
② ③
IIIA-VA族化合物半导体，GaAs、InP、等
IIB-VIA族化合物半导体，CdS等
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)
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
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(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
外层电子(3d3 )。
红宝石晶体的光谱特性即是 由这3个电子跃迁形成的，
晶体与激光跃迁有关的部分
能级结构如图
24
2E能级为激光上能级，也是亚稳
能级(Cr3+在该能级的寿命约为 3ms)。由于晶格场的作用，该能
级分裂为2Ā和Ē两个个子能级(能
级差29 cm-1)。粒子由这两个能级 向基态跃迁时产生692.9nm和 694.3nm两条谱线。
4A 2
能级为激光下能级，也是基态 为两个吸收能级。粒子 Cr3+的能级结构属三能级 系统，因而器件阈值比较
能级
4F 与4F 1 2
在其上的寿命约为纳秒量级，很
快通过辐射跃迁弛豫到激光上能
级。
高，只能以脉冲方式运转 25