林各种典型激光器原理
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。
半导体激光器工作原理及基本结构PPT课件
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增益和阈值电流
• 增益：在注入电流的作用下，激活区受激辐射不断增强。 • 损耗：受激辐射在谐振腔中来回反射时的能量损耗。包括载流子吸收、缺
陷散射及端面透射损耗等。 • 阈值电流：增益等于损耗时的注入电流。
在材料设计时，考虑将p区和n区重掺杂等工艺，使得辐射 光严格在pn结平面内传播，单色性较好，强度也较大，这种 光辐射叫做受激光辐射。
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法布里-珀罗谐振腔 (形成相干光)
• 垂直于结面的两个平行的晶体解理面形成法布里-珀罗谐振腔 ，两个解理 面是谐振腔的反射镜面。在两个端面上分别镀上高反膜和增透膜,可以提 高激射效率.
2. 有源区工作时产生的热量能通过周围四个方向的无源区传 递而逸散，提高器件的散热性能；
3. 有源区尺寸减小了，提高材料均匀的可能性； 4. 器件的可靠性提高、效率提高、远场特性改善。
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条形结构类型
从对平行于结平面方向的载流子和光波限制情况可分为增益波导条形激光器(普通条形)和折射 率波导条形激光器(掩埋条形、脊形波导)。
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自发光辐射和受激光辐射
• 自发光辐射（发光二极管）
当给器件加正向偏压时，n区向p区注入电子，p区向n区注 入空穴，在激活区电子和空穴自发地复合形成电子-空穴对， 将多余的能量以光子的形式释放出来，所发射的光子相位和 方向各不相同，这种辐射叫做自发辐射。
• 受激光辐射（半导体激光器）
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弱折射率波导条形激光器（脊形波导）
特点：在侧向对光波的有一定限制作用，在条形有源区上方腐蚀出一个脊（宽度大约 3~4um)，腐蚀深度大概1.5~2um, 腐蚀一部分上限制层。由于腐蚀深度较深，在侧向 形成一定的折射率台阶，对侧向光波有较弱的限制作用。
常用激光器工作原理
➢它Y属A于G中四N能d级3＋系与统激;光产生有关的能级结构如图所示;Nd3＋:YAG 的能级结构
Nd离子浓度： 结晶方向: 端面平面度： 端面平行度： 端面与轴线垂直度： 应用范围：
光学质量:
尺寸公差：
增透膜剩余反射率： 激光特性:
0 11 5at%
<111> ± 5° or <100> ± 5°
5 泵浦灯和工作物质之间 插入滤光器件滤去泵浦光 中的紫外光谱;
椭圆柱聚光腔
5 调Q开关 最简单的q开关就是一个马达连着一个镜子;没对准的时候没有来回往复的光;
可以让高能态粒子的数量慢慢的聚集增多;在对准的瞬间释放;达到很窄而功率 很大的脉冲;
工业上用的比较多的有电光调Q 声光调Q等方式做的q开关;用在进一步压缩 脉冲激光的脉冲或者使连续半导体泵浦的激光晶体输出峰值功率很高的脉冲激 光;方便打标 切割;
激光器各系统的一些基本概念
1 阈值 激光器的阈值与工作物质的种类 谐振腔的损耗系数 泵灯与 YAG 棒之间的匹配等因 素有关; 激光器的阈值受工作物质的种类影响很大 ; YAG 激光器的工作物质 Nd3 +: YAG是四能级系统;阈值较低;
2. 横模与纵摸 横摸描述的是激光光斑上的能量分布情况;横模可以从激光束横截面上的光强分布 看出来; 如图;高斯光束的截面光强分布曲线;中心高;辐向减小;满足高斯分布; 纵模是与激光腔长度相关的;所以叫做纵模;是描述激光频率的; 理论上激光腔内 可以产生无数个等间距频率的光;但由于增益介质只对特定频率谐振频率的光产 生最大增益;其他频率的光被抑制掉;即在谐振时会筛选出符合谐振频率的谐振激 光;这种现象叫做模式竞争; 所以;激光器一般仅输出一个特定频率的激光;
激光器的工作原理及应用
激光器的工作原理及应用激光器是一种产生和放大激光光束的设备，其工作原理基于受激辐射的过程。
激光器通常由激光介质、能量泵浦源和光学腔体组成。
激光介质是产生激光光束的关键部分，常见的激光介质包括气体、固体和半导体。
激光器的工作过程可以简单描述为以下几个步骤：1. 能量泵浦源向激光介质提供能量，使其处于激发态。
2. 激光介质中的激发态粒子通过受激辐射过程，发射出一束光子。
3. 发射出的光子经过光学腔体的反射，不断进行多次来回反射，同时被不断放大。
4. 最终，通过光学腔体的一个开放口，产生一束高度聚焦、相干性极高的激光光束。
激光器的应用非常广泛，涵盖了多个领域。
以下是一些常见的激光器应用：1. 切割和焊接：激光器的高能量密度和可控性使其成为切割和焊接材料的理想工具。
激光切割和焊接广泛应用于金属加工、汽车制造、电子设备生产等领域。
2. 医疗美容：激光器在医疗美容领域有着广泛的应用，例如激光去除色素斑、激光脱毛、激光祛痘等。
激光器可以精确地瞄准治疗区域，减少对周围组织的损伤。
3. 激光雷达：激光雷达利用激光器发射的激光束来测量目标物体的距离和速度。
激光雷达广泛应用于自动驾驶汽车、航空航天、测绘等领域。
4. 光纤通信：激光器在光纤通信中起到了关键作用。
激光光束可以通过光纤传输大量的信息，实现高速、远距离的通信。
5. 科学研究：激光器在科学研究中被广泛使用，例如光谱分析、原子物理实验、激光干涉等。
激光器的高度聚焦性和高能量密度使其成为研究微小尺度和高能量过程的重要工具。
6. 激光打印：激光打印技术利用激光束照射打印介质，通过控制激光的位置和强度，实现文字、图像的打印。
激光打印广泛应用于办公、出版、制图等领域。
总结起来，激光器是一种利用受激辐射过程产生和放大激光光束的设备。
激光器具有高度聚焦、相干性好、能量密度高等特点，因此在切割焊接、医疗美容、激光雷达、光纤通信、科学研究和激光打印等多个领域得到广泛应用。
随着技术的不断发展，激光器的应用领域还将不断扩大，为人们的生活和科学研究带来更多的便利和突破。
激光器的工作原理及应用
激光器的工作原理及应用激光器是一种产生和放大激光光束的装置，其工作原理基于受激辐射的过程。
激光器的应用非常广泛，涵盖了医疗、通信、制造、科学研究等多个领域。
本文将详细介绍激光器的工作原理以及其在不同领域中的应用。
一、激光器的工作原理激光器的工作原理基于激光的产生和放大过程。
激光是一种具有高度定向性、单色性和相干性的光束。
激光器通过将能量输入到激光介质中，使其处于激发态，然后通过受激辐射的过程，产生和放大激光光束。
激光器通常由三个主要组件组成：激光介质、泵浦源和光学谐振腔。
激光介质是激光器中产生激光的关键部分，可以是固体、气体、液体或半导体材料。
泵浦源用于向激光介质提供能量，常见的泵浦源包括光泵浦、电子束泵浦和化学泵浦。
光学谐振腔则用于放大激光光束，使其具有足够的能量和定向性。
激光的产生和放大过程可以通过受激辐射的三个过程来描述：吸收、辐射和受激辐射。
首先，激光介质吸收泵浦源提供的能量，使其处于激发态。
然后，在激发态下，激光介质会自发辐射出一个光子，这个光子的频率和相位与激发态的光子相同。
最后，这个光子会与其他处于激发态的光子发生受激辐射，产生和原始光子相同的光子，从而放大激光光束。
二、激光器的应用激光器的应用非常广泛，下面将介绍激光器在医疗、通信、制造和科学研究领域的具体应用。
1. 医疗应用激光器在医疗领域中有着广泛的应用。
例如，激光手术可以用于眼科手术，如激光近视手术和白内障手术。
此外，激光还可以用于皮肤整形手术、牙科手术和肿瘤治疗。
激光手术具有创伤小、恢复快和精确控制的优点。
2. 通信应用激光器在光通信领域中起着重要的作用。
激光器可以产生高度定向且高速的光信号，用于传输数据。
光纤通信系统中的激光器可以将电信号转换为光信号，并通过光纤传输到目标地点，然后再将光信号转换回电信号。
激光器的高速传输和大容量传输能力使其成为现代通信系统的关键组件。
3. 制造应用激光器在制造领域中有着广泛的应用。
例如，激光切割可以用于金属材料、塑料和纺织品的切割。
激光器的原理及应用PPT(精)
Spectroscopy 光谱学 Fiber laser research 光纤激光器研究 Telecommunications research 远程通信研究 Semiconductor studies 半导体研究
典型激光器
2. 气体激光器
工作物质:各种混合气体，光学均匀性好。 气体激光器在单色性、光束稳定性方面比固体、半 导体、液体激光器优越。 谱线已达数千种 (160nm~4mm) 工作方式：连续运转（大多数）
激光器的原理
激励(泵浦)系统 是指为使激光工作物质实现并维持粒子 数反转而提供能量来源的机构或装置。根据工作物质和激 光器运转条件的不同，可以采取不同的激励方式和激励装 置，常见的有以下四种。①光学激励(光泵)。是利用外界 光源发出的光来辐照工作物质以实现粒子数反转的，整个 激励装置，通常是由气体放电光源（如氙灯、氪灯）和聚 光器组成。②气体放电激励。是利用在气体工作物质内发 生的气体放电过程来实现粒子数反转的，整个激励装置通 常由放电电极和放电电源组成。③化学激励。是利用在工 作物质内部发生的化学反应过程来实现粒子数反转的，通 常要求有适当的化学反应物和相应的引发措施。④核能激 励。是利用小型核裂变反应所产生的裂变碎片、高能粒子 或放射线来激励工作物质并实现粒子数反转的。
泵浦功率>阈值10~20%→单模
典型激光器
（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： = 1064nm、914nm、1319nm 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。
典型激光器
激光器的原理及应用
激光器的原理及应用激光器是一种能产生高纯度、高一致性、高单色性的光束的光电装置。
它的出现对人类的科学研究、军事防御、工业制造等方面产生了深远的影响。
以下将详细介绍激光器的原理及应用。
激光器的原理主要涉及受激发射、光反射和能级跃迁等概念。
通常，激光器由3个主要部分组成：激发源、激光增强介质和谐振腔。
激励源通常通过持续电弧、闪光灯、气体放电等方式提供能量，将激励的能量传输到激光增强介质中。
激光增强介质是一种能够产生、存储和耗尽能量的物质，典型的有氙气、氩气、二氧化碳等。
当能量通过激光增强介质时，能级跃迁发生，光子被释放出来。
这些光子经过多次反射，成为高度一致的光束，最终通过谐振腔输出。
激光器具有很多独特的优点，使得它在许多领域得到广泛应用。
首先，在科学研究领域，激光器可以提供高能量和高单色性的光束，可以用于光谱分析、光学显微镜、光散射实验等。
其次，在军事防御方面，激光器具有很高的能量密度和射程，可以用于激光制导武器、光电侦察等领域。
再次，在工业制造方面，激光器可以用于切割、焊接、打标等高精度加工领域。
此外，激光器还被应用于医学、通信、激光雷达、三维成像等领域。
激光器的应用范围非常广泛。
在医学领域，激光手术已经成为常见的治疗方式，可以用于眼科手术、皮肤修复、肿瘤治疗等。
激光雷达则被广泛应用于测距、探测地表形貌和目标识别等方面，可以在无人机、无人车、船舶等上实现精确定位。
激光通信是现代通信中使用激光技术进行信息传输的一种新兴技术，具有高带宽、抗干扰能力强等特点，可用于远距离高速数据传输。
激光打标则广泛应用于制造业，可以将图形、字母、条码等永久性地刻在材料表面。
激光器改变了人类对光的使用方式，带来了诸多创新和进步。
然而，激光技术也存在一些问题，如高费用、安全风险等。
因此，在使用激光器时应提高安全意识、加强管理，并遵守相关法规和规范。
总之，激光器是一种具有独特优势和广泛应用的光电装置。
通过受激发射、光反射和能级跃迁等原理，激光器可以产生高纯度、高一致性、高单色性的光束。
各种典型激光器原理
各种典型激光器原理激光器是一种产生、放大和输出激光光束的器件，是现代科学和工程领域中重要的设备之一、激光器的工作原理有多种类型，下面将介绍几种典型的激光器原理。
1.固体激光器固体激光器是利用固体材料中的电子跃迁产生激光。
其中，最常见的原理是通过注入能量来激发固体材料中的激活离子，而这些激活离子会通过受激辐射而释放出激光。
固体激光器中常用的激活离子有Nd3+、Er3+和Cr3+等。
这种类型的激光器通常使用将激发能量输送给激活离子的光泵浦器，例如激光二极管。
从而激活离子跃迁到高能级，最终产生激光。
2.气体激光器气体激光器是利用气体放电产生激光的器件。
其中最典型的是氦氖激光器（He-Ne激光器），其工作原理是通过在氦气与氖气混合的管道中通过直流或射频电波产生气体放电，激活氖离子，使其跃迁产生激光。
氦氖激光器的激光波长通常在632.8纳米，属于可见光范围。
气体激光器还包括二氧化碳激光器和氩离子激光器等。
3.半导体激光器半导体激光器是利用半导体材料中电子和空穴的复合过程产生激光。
通常使用p-n结构的半导体材料（如GaAs、InGaAs等），通过向p区注入电流，通过与n区的电子复合生成激光。
这种类型的激光器结构简单、小型化、功耗低，广泛应用于通信、激光打印机等领域。
4.光纤激光器光纤激光器是利用光纤的增益介质产生和放大光信号的激光器。
典型的光纤激光器是光纤光放大器（EDFA）和光纤光源（EFL）。
工作原理是通过将其中一种激活离子（如铒）掺杂到光纤核心中，通过泵浦光在光纤中引起激活离子的受激辐射，从而产生激光。
光纤激光器具有高增益、窄谱线特性和高可靠性等优点，广泛应用于通信、医疗和科研领域。
5.CO2激光器CO2激光器是一种以CO2气体为工作物质产生激光的器件。
其工作原理是利用CO2气体分子的振动和旋转能级跃迁来放大激光信号。
通过电子放电激发CO2气体分子至激发态，然后利用电子和激发态分子的碰撞来将能量转移给其他CO2分子，产生连续激光。
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第一节 概述
二、分类及输出特性
1） 气体激光器 气体和金属蒸气作为工作物质。 激励方式 气体激光器一般采用气体放电激励,还可以采 用电子束激励、热激励、化学反应激励等方 式。
第一节 概述
波长范围： 气体激光器波长覆盖范围主要位于真空紫外—远红外波段
特点： 激光谱线上万条,具有输出光束质量高(方向性及单色性好)、 连续输出功率大(如CO2 激光器)等输出特性,其器件结构简 单,造价低廉。
第一节 概述
固体激光器多采用光泵浦,泵浦光源主要有闪光灯和半导体 激光二极管两类。 固体激光器的波长覆盖范围主要位于可见光—近红外波段, 激光谱线数千条,具有输出能量大(多级钕玻璃脉冲激光器,单 脉冲输出能量可达数万焦)、运转方式多样等特点。器件结 构紧凑、牢固耐用、易于与光纤耦合进行光纤传输。
固体激光器主要应用于工业、国防、科研、医学等领域,如 激光测距、材料加工、激光医疗、激光光谱学、激光核聚变 等方面。
第一节 概述
3)．液体激光器
液体激光器的工作物质分为二类:一类为有机化合物液体(染 料),另一类为无机化合物液体。其中,染料激光器是液体激光器的典 型代表。常用的有机染料有四类:吐吨类染料、香豆素类激光染料、 恶嗪激光染料和花青类染料。 染料激光器多采用光泵浦,主要有激光泵浦和闪光灯泵浦 染料激光器的波长覆盖范围为紫外到近红外波段(300nm～ 1.3μm),通过混频等技术还可将波长范围扩展至真空紫外到中红外 波段。激光波长连续可调谐是染料激光器最重要的输出特性。器件 特点是结构简单、价格低廉。染料溶液的稳定性比较差是这类器件 的不足。 染料激光器主要应用于科学研究、医学等领域,如激光光谱学、 光化学、同位素分离、光生物学等方面。 1966年,世界上第一台染料激光器———由红宝石激光器泵 浦的氯铝钛花青染料激光器问世。
第一节 概述
4)．半导体激光器
半导体激光器也称为半导体激光二极管,或简称激光二极管 (LaserDiode,缩写LD)。由于半导体材料本身物质结构的特 异性以及半导体材料中电子运动规律的特殊性,使半导体激 光器的工作特性有其特殊性。
半导体激光器以半导体材料为工作物质。常用的半导体材料 主要有三类:(1)ⅢA —Ⅴ A 族化合物半导体,如砷化镓 (GaAs)、磷化铟(InP)等。(2)Ⅱ B —ⅥA族化合物半导体, 如硫化镉(CdS)等。(3)ⅣA—ⅥA族化合物半导体,如碲锡铅 (PbSnTe)等。 根据生成pn结所用材料和结构的不同,半导体激光器有同质 结、异质结(单、双)、量子阱等多种类型。 半导体激光器采用注入电流方式泵浦。
1963年,第一台光纤激光器—Nd2 O3 光纤激光器问世
第一节 概述
半导体激光器波长覆盖范围一般在近红外波段(920nm～ 1.65μm),其中1.3μm与1.55μm为光纤传输的两个窗口。 半导体激光器具有能量转换效率高、易于进行高速电流调制、 超小型化、结构简单、使用寿命长(一般可达数十万乃至百 万小时以上)等突出特点。 半导体激光器广泛应用于光纤通信、光存储、光信息处理、 科研、医疗等领域,如激光光盘、激光高速印刷、全息照相、 办公自动化、激光准直及激光医疗等方面。 1962年,世界上第一台半导体激光器
5)． 光纤激光器
工作物质:以掺入某些激活离子的光纤,或者利用光纤自身的非 线性光学效应制成的激光器。
分类： 晶体光纤激光器、稀土类掺杂光纤激光器、塑料光纤激 光器和非线性光学效应光纤激光器。 泵浦方式主要采用半导体激光二极管泵浦。 特点： 光纤激光器是一种新型的激光器件,具有总增益高、阈值 低、能量转换效率高、很宽的波长调谐范围及器件结构紧凑等 突出特点,在远距离光纤通信等领域显示出了广阔的应用前景。
各种激光原理
林盛杰
S201202058
第三章 典型激光器
主要内容：
一、激光器的基本结构
二、激光器分类及输出特性
一、 激光器的基本结构
激光器的基本结构由工作物质、泵浦源和光学谐振腔三部分构 成。
激光器的基本结构
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作用 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,采用的泵浦方式不同。 光学谐振腔则为激光振荡的建立提供正反馈,同时,谐振腔的参数 影响输出激光束的质量。
应用 气体激光器广泛应用于工农业生产、国防、科研、医学等 领域,如计量、材料加工、激光医疗、激光通信、能源等方 面。 1961年,第一台气体激光器—He-Ne激光器问世。
第一节 概述
2)．固体激光器 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,如晶体或玻璃 中掺入少量的金属离子(称为激活离子),激光跃迁 发生在激活离子的不同工作能级之间。用作激活 离子的元素可分为四类: 三价稀土金属离子、二价稀土金属离子、过渡 金属离子和锕系金属离子。 固体激光器的典型代表是红宝石(Cr3+:Al2O3 ) 激光器、掺钕钇铝石榴石(Nd3+:YAG)激光器、钕 玻璃激光器和掺钛蓝宝石(Ti 3+:Al2 O3 )激光器。