5-1典型激光器介绍-固体激光器讲解

泵浦特点
优缺点
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5 1 固 体 激 光 器 .
输出特性
大多数为脉冲激光器，产生的激光脉冲是一系列的尖峰，宽度约为几个微米 转换效率低(总体效率：激光输出与泵浦源的电输入之比)
总体效率大概为0.5%-1%
特点
1%-3%
输出能量大；峰值功率高；
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5.1.1 固体激光器的基本结构与工作物质
第 五 章 典 型 激 光 器 介 绍
1.固体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。图5-1是长脉冲固体激光器的基本结构示意图(冷却、滤光系统未画出)。
图5-1 固体激光器的基本结构示意图
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5 1 固 体 激 光 器 .
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5.1.1 固体激光器的基本结构与工作物质
图(5-7) 半导体激光器泵浦固体激光器的结构示意图
5 1 固 体 激 光 器
2. 可调谐固体激光器 可调谐固体激光器主要有两类，一类是色心激光器，一类是用掺过渡族金属 离子的激光晶体制作的可调谐激光器。
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5.1.4 新型固体激光器
第 五 章 典 型 激 光 器 介 绍
第 五 章 典 型 激 光 器 介 绍
2.红宝石激光器
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5 1 固 体 激 光 器
图(5-3) 红宝石中铬离子的能级结构
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5.1.1 固体激光器的基本结构与工作物质
第 五 章 典 型 激 光 器 介 绍
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＋)， 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。
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图(5-6) 椭圆柱聚光腔
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5.1.3 固体激光器的输出特性
第 五 章 典 型 激 光 器 介 绍
1. 固体激光器的激光脉冲特性
一般的脉冲固体激光器产生的激光脉冲是由一连串不规则振荡的短脉冲(或 称尖峰)组成的，各个短脉冲的持续时间约为(0.11)m，各短脉冲之间的间隔 约为(510) s。泵浦光愈强，短脉冲数目愈多，其包络峰值并不增加。 2. 转换效率 总体效率定义为激光输出与泵浦灯的电输入之比。对于连续激光器(用功率 描述)和脉冲激光器(用能量描述)分别表示为：
t
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Pout Pth 21 1 L c ab1 cou Pin P in p
t
Eout Eth 21 1 L c ab1 cou Ein Ein p
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5 1 固 体 激 光 器
图(5-8) 板条形固体激光器结构示意图
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固体激光器
第 五 章 典 型 激 光 器 介 绍
红宝石激光器
工作物质
YAG激光器
Al2O3＋Y2O3＋Nd2O3；Nd3 ＋决定光谱性能
Al2O3＋Cr2O3
；Cr3＋决定光谱性能
物理过程
三能级系统
0.6943μm+0.6929μm；0.6943μm占优 势 脉冲氙灯
四能级系统
1.35μm +1.06μm；一般只 产生1.0Baidu Nhomakorabeaμm 氪灯
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 质中的热分布及其引起的一系列如折射率分布、应力双折射等固有矛盾而提 出的一种结构方案，其结构如图(5-8)所示。
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图(5-5) Nd3＋:YAG 的能级结构
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5.1.2 固体激光器的泵浦系统
第 五 章 典 型 激 光 器 介 绍
1. 固体激光工作物质是绝缘晶体，一般都采用光泵浦激励。泵浦光源应当满足两 个基本条件。
2. 常用的泵浦灯在空间的辐射都是全方位的，因而固体工作物质一般都加工成圆 柱棒形状，所以为了将泵浦灯发出的光能完全聚到工作物质上，必须采用聚光腔。
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5.1.4 新型固体激光器
第 五 章 典 型 激 光 器 介 绍
1. 半导体激光器泵浦的固体激光器
半导体激光器泵浦固体激光器与闪光灯泵浦固体激光器相比有其主要优点 半导体激光器泵浦固体激光器的结构，有如图(5-7)(a)所示的端泵浦方式和 图(5-7)(b)所示的侧泵浦方式。
3.图(5-6)所示的椭圆柱聚光腔是小型固体激光器中最常采用的聚光腔，它的内表 面被抛光成镜面，其横截面是一个椭圆。 4. 固体激光器的泵浦系统还要冷却和滤光。 常用的冷却方式有液体冷却、气体冷却和 传导冷却等，其中以液冷最为普遍。
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5 1 固 体 激 光 器
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。
激光谱线
泵浦源
由于固体激光器的工作物质是绝缘晶体，所以一般用光泵浦源激励
*泵浦灯和激光棒分别位于椭圆聚光腔的两条焦线上 *泵浦光源中仅有少部分与工作物质吸收带相匹配的光能是有用的。 阈值高、温度效应非常严重、室温下不适 于连续和高重复率工作 阈值低、有优良的热学性质、 适于连续和高重复率工作；是 目前能在室温下连续工作的唯 一实用的固体工作物质