固体激光器及其应用
Nd-YAG陶瓷激光器原理、性能与应用
Nd-YAG陶瓷激光器原理、性能与应用1 前言固体激光器是最重要的一种激光器，不但激活离子密度大，振荡频带宽，能产生谱线窄的光脉冲，而且具有良好的机械性能和稳定的化学性能。
其体积小、效率高、性能稳定等特点使其成为当前光电子技术领域的一个研究热点。
对于固体激光器来说有3种重要的激光介质：单晶、玻璃和陶瓷。
单晶工作物质的激光器体积小，性能可靠、稳定，并适用于各种连续和脉冲激光器件。
但提拉法生长单晶由于其生长周期长、价格昂贵、尺寸小及掺杂浓度低，使其性能和应用范围受到限制。
多年来材料科学工作者一直试图用玻璃、微晶玻璃、多晶陶瓷作为激光工作物质来替代单晶。
激光玻璃的突出优点是制备成本低，易实现大尺寸以及高的光学均匀性，但是，玻璃的热导率[一般低于1 W/(m·K)]远低于绝大多数激光晶体的，导致激光玻璃在以高平均功率工作时，材料内部产生大的热致双折射和光学畸变；这一点在强激光领域应用时表现得尤其突出，而且其激光效率与单晶材料相比也较低。
而且玻璃的硬度不够高、荧光线宽较宽和激光振荡阈值较高，不利于作为高性能的激光材料。
激光透明陶瓷具有很多单晶和玻璃所不具备的优点：和单晶相比，透明陶瓷具有掺杂浓度高，掺杂均匀性好，烧结温度低，周期短，成本低，质量可控性强，尺寸大，形状自由度大以及可以实现多层多功能激光器等优点；和玻璃相比，透明陶瓷具有单色性好，结构组成更为理想，热导率高和可承受的辐射功率高等优点。
由于陶瓷是多晶，其内部的晶界、气孔、晶格的不完整性等都会导致材料的不透明性及增加光的散射损失，因此将其用于激光介质存在一定困难。
为了制备和单晶激光性能相当的高品质、高透明度的激光陶瓷，人们做了大量的研究工作。
在所有的材料中，立方晶系的晶体，譬如石榴石型的晶体和稀土倍半氧化物，它们在沿光轴方向上的折射率差等于零而且可以提供低对称性的格位，是制备透明陶瓷的最佳选择，其中最具代表性的是Nd:YAG 透明陶瓷。
2 激光的产生原理2.1 理论基础【波尔兹曼统计分布】根据统计力学原理，大量相同粒子(原子、离子、分子)集合处于热平衡温度下，粒子数按能级的分布服从波耳兹曼分布规律，即N 2/N1∝exp[-(E2- E1)/kT]其中N2、N1 分别为能级E2和E1 上的粒子数。
太阳光泵浦固体激光器的研究与应用
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综述 与评 论 ・
太 阳光 泵 浦 固体 激 光 器 的研 究 与 应 用
王 菲 王 晓华 ， ， 房 丹 李 ， 广 魏 ， 丹 杜 丽 芳 王 子 强 ， ，
（． １ 长春理工大学光 电工程学 院， 吉林 长春 １０ ２ ；． ３０ ２ ２ 长春理工大学理学 院， 吉林 长春 １０ ２ ３ ０２；
，
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ ｐ ｎ ｉｌ ｆｓ ｌｒ ｐ ｍｐ ｄ ｓ ｌ — ｔｔ ａ ｅ ｓ ｉｔｏ ｕ ｅ ｔ ｅ ｈ ｅ ｅ ｃ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｏ ｈ ｏ ｉ ｓｒ ｃ ： ｈ ｒ ｃｐ ｅ ｏ ｏａ ｕ ｅ ｏｉ ｓａｅ ｌｓ ｒｉ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ，ｈ ｎ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｈ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｓ ｆ ｔｅ ｓ ｌ ｉ ｄ ｒ ｄ
第 ４ 卷 第 ７期 １
２ １ 年 ７月 ０１
激 光 与 红 外
Ｌ ＥＲ ＆ Ｉ ＲＡＲＥ ＡＳ ＮＦ Ｄ
Ｖｏ ． １， ． １ ４ Ｎｏ ７ห้องสมุดไป่ตู้
Ｊ ｌ ２ １ ｕｙ， ０ １
文章 编号 ：０ １ ０ ８ ２ １ ） ７０ ３ － １０ － ７ （ ０ １ ０ －７９ ３ ５ ０
３ 长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室 ， ． 吉林 长春 １０ ２ ） ３０ ２
摘
要： 在介 绍 太 阳光泵 浦 固体 激光 器工 作 原理 的基 础上 ， 分别 对 太 阳光泵 浦 固体 激光器 的 固
体工 作 物质 、 阳光 收集 聚 光装置 和 泵浦 方 式 的研 究状况进 行 了综述 ， 讨 了太 阳光 泵 浦 固体 太 探 激光 器 的发展 趋 势及 其 应用 前景 。
太 阳辐 射 经过 收集 器 收集耦 合 到激 光 晶体 上进 行 激励 ， 使 收集 的太 阳光尽 可 能地耦 合 到 晶体 上 ， 为
全固态激光器
全固态激光器简介
与二极管激光器比较，DPSSL的优点：
1、输出光束具有更高的光束质量。 2、具有更稳定的输出波长。 3、能够实现窄脉宽、高峰值功率的脉冲输出。 4、输出波长范围更宽。
举例—Nd:YLF
Nd:YLiF4，掺钕氟化钇锂晶体，是正单轴 晶体，1.053μm波长正好与大功率激光 放大系统的Nd:glass增益波长相吻合，因 此可作注入种子源。相对于Nd:YAG和 Nd:YVO4，Nd:YLF有更低的热透镜和热致 双折射效应和更大的储能性。但是， Nd:YLF的热机械性能不佳，抗断裂能力 只有Nd:YAG的五分之一。
“微型角聚焦在角膜表面 时，由 于提供了足够的功率强度，可在局部产生 一个 微等离子区，而该等离子区吸收能量远较周围 的角膜组织为高，因此吸收大量光子的能量后 迅速膨胀，产生一个伴有声音的冲击波，撕 裂 周围的角膜胶原纤维并形成空泡，从而达到 切 削角膜组织的目的。
谢谢！
全固态激光器简介
与灯泵浦激光器比较，DPSSL的优点
1、系统效率高。 2、良好的光束质量。 3、增大了脉冲重复频率。 4、可靠性高，使用寿命长。 5、DPSSL结构紧凑、重量轻、小型化、 使用方便，没有了灯泵浦中的高压脉冲、 高温和紫外辐射，操作环境安全。
全固态激光器简介
缺点： 1、由于二极管激光束的模式比较差，将光束耦合 进激光晶体并且达到和振荡模匹配，就需要采用光 束变换、光纤耦合等技术； 2、在高功率泵浦时需要对二极管采取一定的冷却 措施，而且温度控制精度要达到0.1℃，所以整机的 温控系统庞大； 3、二极管对电源的要求也要高于闪光灯，因为尖 峰电流会严重损坏或者降低二极管的使用寿命； 4、现在二极管激光器的价格还比较昂贵，DPSSL的 价格影响了它的广泛应用； 5、目前，在大能量激光器方面，DPSSL还不能替代 灯泵浦固体激光器。
高峰值功率重频固体激光器及其应用的研究
用主振加功放的设计方法， 结构设计为～级振荡、二级放大，电光ｑ开关重复频率运转方式。由三
路开关型激光电源供电， 器件通过冷却器内循水冷却，从而组成结构紧凑，体积小、重量轻、性能稳
定的重复频率高峰值功率Ｎｄ：ＹＡＧ激光系统。图１给出了激光头部分的示意图，它包括Ｎｄ：ＹＡＧ激光振
荡器、两级Ｎｄ：ＹＡＧ激光放火器、倍频器、测试仪器等。激光器的主要技术指标为：
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从理论上说要造成光电传感器的损伤和破坏，关键是要在光电传感器的接收面上产生足够鬲ｎ々 功率密度，造成目标材料囡过热而产生热解损伤”Ｊ。光电探测器的损坏与激光功率密度、距离、怍Ｊｉｊ 时间等冈素有关”ｊ，激光的功率密度越高、光束发敞角越小，作用距离越远。我们在距离９０２米、１２５２ 米、１５１５米和２０９２米迸行了试验，从实验中发现，在高峰值功率重频同体激光作明卜，模似导引头 中的Ｐｉｎ管或雪崩管受损．损坏现象归纳起来有以下几个方面：１）无光讯号：２）光敏面有烧蚀坑， 窗口玻璃有烧蚀痕迹；３）ＰＮ结被击穿，加不上偏压：４）噪声增人，当偏压增加时，噪卢的增＆速 度人丁讯号增长速度，无法建立］：作点； ５）前放组件坏，致使探测器无光讯号输出或反相讯号输出 等。以上任何一种现象豹出现都可使光电探测器被损坏。晟后实验结果是，当高峰值功率Ｎｄ：ＹＡＧ阿 体激光器输出能量１ Ｊ，脉冲，重频２０次，秒．照射时间３秒时，可以使２公里距离外的模似导引头中的 光电探测器被破坏。 由＿Ｆ试验条件和场地的限制，没有进行更远距离的实验。
ｌ高峰值功率固体激光器
高峰值功率重频脉冲固体激光器主要是通过激光脉冲压缩技术、激光放大技术和激光模式控制技 术而实现，它是一种主振一放大结构（ＭＯＰＡ系统），由主振荡器决定激光输出的脉冲宽度、重复频率、 光束质耸和谱线宽度等指标．由放大器将激光输出的峰值功率按放大器级数逐级提高。高峰值功率重 频脉冲同体激光器对激光材料的要求主要有以下几点”３：１）阈值低．效率高，满足实际应用对固体激 光器重苗和体积的限制：２）高贮能，即荧光寿命长．饱和能量密度高；３）热物理性能好，热传导系 数人．热膨胀系数小；（４）光学性能好，消光比高，尺寸大。目前满足上述要求适合于高功率高重频 脉冲运转的嗣体激光材料主要是Ｎｄ：ＹＡＧ晶体。
激光器及其应用介绍
激光器及其应用介绍激光器（Laser）是一种能产生高度聚束、单色、相干、高能量密度的光束的装置。
它通过激活外部的能量转换装置来产生激光，这种装置可以是光电子元器件、光纤、气体、固体或半导体材料。
激光器的光束特性使其在很多领域都有广泛的应用。
激光器的应用领域非常广泛，下面将对其中的几个主要领域进行介绍。
1.医疗领域激光器在医疗领域有着广泛的应用。
激光手术刀可以通过高度聚焦的激光束进行手术，减少了手术损伤和出血，提高了手术效果。
激光剥蚀术可以用来治疗角膜病变，如近视、远视、散光等。
激光切割术可以用来治疗肿瘤、寻找血管等。
此外，激光器还可以被用来进行皮肤美容，如去除斑点、减少皱纹等。
2.通信领域激光器在通信领域的应用非常广泛。
光纤通信系统中的光源通常使用激光器，它可以产生高强度的单色光束，可以在长距离传输中保持信号强度和质量不变。
激光器还可以通过频率调制技术进行信息传输，实现光纤通信的高速率和高容量。
3.材料加工领域激光器在材料加工领域有着广泛的应用。
激光切割可以用来切割金属、塑料、木材等不同类型的材料。
激光焊接可以用来焊接金属和塑料。
激光打标可以用来在材料表面进行打标和刻字。
激光烧蚀可以用来进行表面清理和剥离。
4.科学研究领域激光器在科学研究领域有着广泛的应用。
由于激光器在时间上的极高分辨率，可以用来进行超快速和超高速的实验研究。
激光器在物理、化学、生物等领域中被广泛应用，用来研究物质的结构和性质。
激光光谱学技术可以用来研究原子和分子的能级结构和光谱特性。
5.军事领域激光器在军事领域有着重要的应用。
激光瞄准器可以用来对准目标，并提供精准的引导和打击。
激光测距仪可以用来测量目标的距离，从而进行精确的射击。
激光通信系统可以用来进行无线通信，提供安全和高效的通信手段。
除了以上几个领域之外，激光器还在很多其他领域中有广泛应用，如环境监测、激光制造、激光显示、激光雷达、激光测绘等。
激光器的研发和应用将为人类的生产生活带来更多的便利和创新。
固态激光器的工作原理
固态激光器的工作原理激光器作为一种重要的光学器件，在现代科技和工业应用中起到了至关重要的作用。
固态激光器作为其中的一种类型，在多个领域中展现出了广泛的应用前景。
本文将详细介绍固态激光器的工作原理，以及其在科学研究、医疗、通信等方面的应用。
一、固态激光器的基本构成和工作原理固态激光器由一个激光介质和一个泵浦源组成。
激光介质是固体材料，常见的材料包括Nd:YAG（氧化铝掺杂钕）、Nd:YVO4（钇钒酸钕）等。
泵浦源通常采用光源或者其他激光器来提供能量，使激光介质中的掺杂离子处于激发态。
1. 光子吸收与激发当泵浦光进入激光介质时，它与激光介质中的掺杂离子相互作用。
这种相互作用导致掺杂离子从基态跃迁到激发态，吸收入射光子的能量。
这种能量吸收过程是固态激光器工作的起点。
2. 辐射与受激辐射当掺杂离子处于激发态时，它会逐渐失去能量。
在这个过程中，掺杂离子通过辐射的形式传递能量，并以光子的形式释放出来。
这些光子的能量是特定波长和频率的激光光子，具有相同的相位和方向，符合激光的特性。
3. 扩散与增益当释放的激光光子经过多次的反射和扩散后，在固态激光器的谐振腔内产生共振放大。
在这个过程中，激光光子不断增加，并形成强大的激光束。
这种过程是通过谐振腔中的镜面反射实现的，其中一个镜子是部分透明的，用于输出激光。
二、固态激光器的应用固态激光器具有紧凑、高效、可靠等特点，因此在科学研究、医疗、通信等领域有广泛的应用。
1. 科学研究固态激光器在科学研究中扮演着重要角色。
其激光束的窄带宽和高功率使得它成为细分光谱研究、原子物理、分子光谱学等领域的理想工具。
此外，固态激光器还广泛应用于量子光学研究、量子计算和量子通信等领域。
2. 医疗器械固态激光器在医疗领域有着广泛的应用。
激光切割、激光刻蚀、激光焊接等技术在现代医疗器械的制造过程中发挥着重要作用。
此外，激光手术、激光疗法等应用也在眼科手术、皮肤整形和癌症治疗等方面展现出了巨大的潜力。
激光器产生激光的三个基本结构
激光器产生激光的三个基本结构一、引言激光器是一种能够产生单色、高亮度、几乎无散射的光束的装置，广泛应用于科学研究、医疗、通信等领域。
激光器的基本结构有三种，分别是气体激光器、固体激光器和半导体激光器。
本文将详细介绍这三种激光器的基本结构及其工作原理。
二、气体激光器1. 气体激光器的基本结构气体激光器由放电管和反射镜组成。
放电管是一个密闭的玻璃管，内部填有稀薄气体（如氦氖气），两端分别安装有高压电极和低压电极。
反射镜则是由两个平面镜或球面镜组成，其中一个反射镜具有一定透过率。
2. 气体激光器的工作原理当高压电极加上高电压时，放电管内的气体被电离，形成等离子体。
等离子体中的自由电子通过碰撞使得氦原子发生受激辐射，产生激光。
激光在反射镜间来回反射，形成一个稳定的激光束。
3. 气体激光器的应用气体激光器广泛应用于科学研究、医疗、通信等领域。
其中，二氧化碳激光器被广泛应用于工业加工领域，如切割、焊接和打孔等。
三、固体激光器1. 固体激光器的基本结构固体激光器由放电管和固态材料组成。
固态材料通常是掺有特定元素（如钕）的晶体或玻璃材料。
放电管则是一个密闭的腔体，内部填有闪烁物质（如氙气），两端分别安装有高压电极和低压电极。
2. 固体激光器的工作原理当高压电极加上高电压时，放电管内的闪烁物质被电离，形成等离子体。
等离子体中的自由电子通过碰撞使得掺杂元素发生受激辐射，产生激光。
激光在固态材料中来回反射，形成一个稳定的激光束。
3. 固体激光器的应用固体激光器广泛应用于科学研究、医疗、通信等领域。
其中，钕掺杂的固态激光器被广泛应用于医疗领域，如眼科手术和皮肤美容等。
四、半导体激光器1. 半导体激光器的基本结构半导体激光器由PN结和反射镜组成。
PN结是由P型半导体和N型半导体组合而成的结构，反射镜则是由两个端面反射镜组成。
2. 半导体激光器的工作原理当PN结加上正向电压时，电子从N型区域流向P型区域，与空穴复合产生辐射能量，产生激光。
YAG激光器技术原理及应用
YAG激光器技术原理及应用YAG 激光器是以钇铝石榴石晶体为基质的一种固体激光器。
钇铝石榴石的化学式是Y3 Al5 O15 ,简称为YAG。
在YAG基质中掺入激活离子Nd3+ (约1%)就成为Nd:YAG。
实际制备时是将一定比例的Al2 O3 、Y2 O3 和NdO3 在单晶炉中熔化结晶而成。
Nd:YAG属于立方晶系, 是各向同性晶体。
由于Nd:YAG属四能级系统, 量子效率高, 受激辐射面积大, 所以它的阈值比红宝石和钕玻璃低得多。
又由于Nd:YAG晶体具有优良的热学性能, 因此非常适合制成连续和重频器件。
它是目前在室温下能够连续工作的唯一固体工作物质，在中小功率脉冲器件中, 目前应用Nd:YAG的量远远超过其他工作物质。
和其他固体激光器一样, YAG 激光器基本组成部分是激光工作物质、泵浦源和谐振腔。
不过由于晶体中所掺杂的激活离子种类不同, 泵浦源及泵浦方式不同, 所采用的谐振腔的结构不同,以及采用的其他功能性结构器件不同,YAG激光器又可分为多种, 例如按输出波形可分为连续波YAG激光器、重频YAG激光器和脉冲激光器等; 按工作波长分为1.06μmYAG 激光器、倍频YAG激光器、拉曼频移YAG 激光器(λ=1.54μm)和可调谐YAG 激光器(如色心激光器)等; 按掺杂不同可分为Nd:YAG激光器、掺Ho、Tm、Er等的YAG激光器; 以晶体的形状不同分为棒形和板条形YAG 激光器;根据输出功率(能量)不同, 可分为高功率和中小功率YAG激光器等。
形形色色的YAG 激光器, 成为固体激光器中最重要的一个分支。
[相关技术]激光材料;泵浦技术;固体激光器技术；电子技术[技术难点]尽管以YAG晶体为基质的YAG 激光器从问世迄今已经20多年, 技术和工艺都比较成熟并得到广泛应用, 但随着相关技术的进步, YAG激光器的研究工作仍旧方兴未艾, 依然是目前激光器研究的热点。
为了提高YAG 激光器的效率、输出功率和光束质量, 扩展其频谱范围, 人们在激光材料、结构和泵浦源及泵浦方式等技术和工艺方面继续开展研究和改进工作, 要解决的关键技术主要有:1、寻求新的激光材料。
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固体激光器及其应用
固体激光器是一种使用固体材料作为激光介质的激光器。
它通常由一个激活剂（通常是稀土元素）和一个基质组成。
当激活剂受到外部能量激发时，它会释放出光子并与基质中的原子相互作用，从而产生激光。
固体激光器具有以下一些特点：
1. 高功率输出：固体材料具有较高的能量存储密度，可以实现高功率激光输出。
2. 长寿命：固体材料的寿命通常较长，可以连续工作数千小时。
3. 较低的散射损耗：固体材料通常具有较小的散射损耗，可以实现高效的激光转换。
4. 宽波长范围：固体材料可以实现从紫外到近红外等多个波长范围的激光输出。
固体激光器有广泛的应用领域，包括但不限于以下几个方面：1. 切割和焊接：固体激光器可以产生高功率激光束，用于金属切割和焊接工艺。
2. 材料加工：固体激光器可以用于玻璃、陶瓷、塑料等材料的微加工，如打孔、刻字等。
3. 医学领域：固体激光器可用于激光手术、激光治疗、激光诊断等医学应用。
4. 科研实验：固体激光器可用于物理学、化学等科研领域的实验研究，如光谱分析、原子冷却等。
5. 通信和雷达：固体激光器可以用于光纤通信、激光雷达等领域，实现高速数据传输和距离测量。
总而言之，固体激光器具有高功率、长寿命和宽波长范围等优点，其应用领域十分广泛，包括材料加工、医学、科研等多个领域。