常用激光器盡管�(fā)展到目前為止,激光器的種類繁�,數(shù)目不�,但�(jīng)常為人們所采用、能定型批量生產(chǎn)或在不同程度上進入實用階段�激光器��
盡管�(fā)展到目前為止,激光器的種類繁�,數(shù)目不�,但�(jīng)常為人們所采用、能定型批量生產(chǎn)或在不同程度上進入實用階段的激光器件的�(shù)目還是很有限的。下面僅就其中最常用和最有代表性的幾種分別加以簡要介紹�
紅寶石激光器 這是人們最早研制成功而至今仍被經(jīng)常采用的一種固體激光器。其工作物質(zhì)為紅寶石晶體,化�(xué)表示式為Al2O3:Cr3+,是將作為發(fā)光中心的三價鉻離�(Cr3+)摻入剛玉(Al2O3)基質(zhì)中并�(jīng)人工生長方法而成;整個晶體外觀呈暗紅色,并通常加工為圓棒狀。采用光泵方法激勵,室溫下輸出激光波長約�6943�。通常情況�,是采用發(fā)光亮度較高的脈沖氙燈進行激�,可在較低重復(fù)頻率下進行脈沖式運�(zhuǎn);在某些特殊場合�,亦可采用連續(xù)光源激勵而實�(xiàn)連續(xù)運轉(zhuǎn)�
紅寶石激光器的主要優(yōu)點是輸出可見光波段的激�,可在室溫下運轉(zhuǎn),工作晶體抗激光破壞能力強,器件尺寸可做得比較小,能獲得較大功率的脈沖激光輸出等;其不足之處是為�(chǎn)生激光振蕩所必需的光泵閾值水平較高,激光振蕩受工作晶體溫度變化影響較為明顯,晶體光�(xué)�(zhì)量不夠理想等。這種激光器主要用于激光測�、激光加�、激光全息技�(shù)、激光醫(yī)�(xué)及實驗室基本研究等方��
摻釹釔鋁石榴石激光器(YAG 激光器� 這種激光器的工作物�(zhì)是摻有三價釹離子(Nd3+)的釔鋁石榴石晶體,其化�(xué)表示式為Y3Al5O12:Nd3+,呈淺紫色,通常加工成圓棒狀。該種晶體的熱傳�(dǎo)性能較好,而且激光振蕩特性受晶體溫升變化又比較小,故這種激光器可在連續(xù)光泵(連續(xù)氪燈激勵)條件下進行連續(xù)式運�(zhuǎn),或者在較高重復(fù)脈沖(脈沖氙燈激勵)條件下進行脈沖運轉(zhuǎn),輸出激光波長為1.064微米�
摻釹釔鋁石榴石激光器 (簡稱為YAG激光器)的主要優(yōu)點是為產(chǎn)生激光振蕩所必需的光泵激勵閾值較低,器件的能量轉(zhuǎn)換效率較�,可在室溫條件下進行較長期的連續(xù)運轉(zhuǎn)或較高重�(fù)率(達每秒幾十次以上)脈沖式運轉(zhuǎn);其不足之處是輸出激光為人眼看不見的近紅外光,因此在許多應(yīng)用場合下需采用倍頻(二次諧波)技�(shù)�1.06微米激光轉(zhuǎn)換為0.53微米的綠色激�;此�,工作晶體受人工生長技�(shù)的限制不容易做得很大,且晶體本身抗激光破壞的能力不很�,因此不適于用來�(chǎn)生較高功率和較大能量的脈沖輸�。這種激光器主要�(yīng)用于激光測量、激光加�、激光治療、激光泵�、非線性光�(xué)以及實驗室基本研究等方面�
釹玻璃激光器工作物質(zhì)是摻有三價釹離子 (Nd3+)的優(yōu)�(zhì)光學(xué)玻璃(常用者為硅酸鹽玻�),呈淡紫紅�,通常情況下加工成圓棒狀,特殊要求場合下亦可成片狀或其他幾何形狀(見彩圖)。采用光泵(脈沖氙燈)激�,輸出激光波長為1.06微米,可在室溫或高于室溫的較大范圍內(nèi)進行單次脈沖運轉(zhuǎn)或較低重�(fù)率情況下的重�(fù)脈沖運轉(zhuǎn)?!♀S玻璃激光器的主要優(yōu)點是成本較低、器件的能量�(zhuǎn)換效率較高,特別是用�(xiàn)有方法可制備大體�、高�(zhì)�、抗激光破壞能力強的釹玻璃工作物質(zhì),故可制成較大尺寸的器件,用來獲得較高功率或較大能量(高于幾千焦耳)的近紅外脈沖激光輸�。其不足之處是玻璃工作物�(zhì)的熱傳導(dǎo)性能較差,故不適于作連續(xù)運轉(zhuǎn)或較高重�(fù)率的脈沖運轉(zhuǎn)。這種激光器主要�(yīng)用于激光加工、激光治�、激光測量、非線性光�(xué)與激光等離子體研究方��
氦氖激光器 是一種典型的原子氣體激光器,也是人們最早研制成功而且目前仍然是應(yīng)用最廣的一種氣體激光器。工作物�(zhì)為惰性氣體氦(He)與氖(Ne)的混合物,通常采用直流氣體放電進行激�,其中氦原子起能量轉(zhuǎn)移作�,而氖原子起粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和發(fā)射激光的作用,通常輸出�6328埃的紅色可見激�,也可制成近紅外波段的激光輸出,工作狀�(tài)為連續(xù)運轉(zhuǎn)�
氦氖激光器的主要優(yōu)點是裝置簡單、成本低廉、操作簡�、可長時間穩(wěn)定運�(zhuǎn)以及輸出為單色性較好的可見激光等;其主要不足之處是連續(xù)輸出的激光功率水平較低(通常在毫瓦量級)。這種激光器主要用于激光準�、激光顯�、精密測量與計量標準、全息照相與激光通信等方��
氬離子激光器 這是一種典型的離子激光器,工作物�(zhì)為惰性氣體氬,工作氣壓一般在1托以�,以大電流直流放電進行激�,在氬離子(Ar+)�3p44p�3p44s電子組態(tài)間實�(xiàn)粒子�(shù)反轉(zhuǎn)并產(chǎn)生相�(yīng)的多條可見激光譜線發(fā)�,其中最強的激光譜線波長為4880埃和5145��
氬離子激光器的主要優(yōu)點是可以獲得較高功率(幾十瓦以上)的連續(xù)運轉(zhuǎn)可見激光輸出;不足之處是器件結(jié)�(gòu)�(fù)�、成本較�、能量轉(zhuǎn)換效率較低等。這種激光器主要用于激光顯�、信息處�、激光泵浦、全息照相以及激光光譜學(xué)研究等方��
二氧化碳激光器 這是一種典型的分子氣體激光器,工作物�(zhì)為二氧化�(CO2)分子氣體,通常情況下采用氣體放電進行激�;當器件用于連續(xù)運轉(zhuǎn)時,工作物質(zhì)氣壓較低�10托以下),當器件用于脈沖狀�(tài)�,工作物�(zhì)氣壓較高(大于大氣壓�;輸出激光波長主要在10.6微米附近的中紅外光譜區(qū)�
二氧化碳激光器的主要優(yōu)點是器件的能量轉(zhuǎn)換效率較�(可達20%),在脈沖運轉(zhuǎn)情況下可獲得大能量(幾千焦耳以上)脈沖激光輸�。這種激光器主要用于激光加工、激光治�、激光通信、非線性光�(xué)激光光譜學(xué)與激光等離子體研究等方面�
氮分子激光器 是一種工作在紫外波段的脈沖氣體激光器。工作物�(zhì)為氮分子(N2)氣體,采用快速大電流脈沖放電進行激�,在氮分子的電子能級間實�(xiàn)粒子�(shù)反轉(zhuǎn)和產(chǎn)生波長較短的激光發(fā)�,其輸出波長主要分布在近紫外光譜區(qū),其中以3371埃激光譜線為最常用;輸出激光脈沖的時間寬度較窄,一般為�(10-9)秒數(shù)量級;輸出激光的脈沖峰值功率也較高,可達兆瓦量級以上;輸出脈沖重復(fù)率可達每秒幾十到幾百��
氮分子激光器的主要優(yōu)點是輸出為近紫外激光,脈沖功率較高。困此適用于激光熒光分�、制造集成電�、激光育�、激光治療、探測污�、激光泵浦以及用于非線性光�(xué)方面的基�(chǔ)研究��
準分子激光器 這是一種特殊類型并且主要工作在紫外波段的氣體激光器,工作物�(zhì)為準分子氣體。準分子是一種不�(wěn)定的處于激�(fā)狀�(tài)的復(fù)合分�,通常情況下它從產(chǎn)生到消失所�(jīng)歷的時間很短(幾十納秒量級)??僧a(chǎn)生激光作用的準分子氣體大體可分為三類:即惰性氣體準分子(如Xe2、Ar2�),惰性氣體原子與鹵素氣體原子�(jié)合而成的準分子(如XeF、KrF、XeCl等),以及金屬原子與鹵素原子�(jié)合而成的準分子 (如HgCl、CUF�)。這種激光器采用快放電激勵或脈沖電子束注入激�;輸出多條激光譜線且主要分布在光譜波段的近紫外區(qū)和真空紫外區(qū)�
準分子激光器的主要優(yōu)點是輸出激光位于近紫外與真空紫外區(qū),可獲得較高功率和較大能量的脈沖激光輸出,器件的能量轉(zhuǎn)換效率較�。這種激光器的應(yīng)用范圍與氮分子激光器大致相同�
可調(diào)諧染料激光器 這是一種典型的液體激光器,工作物�(zhì)為有機染料溶�,可采用脈沖氙燈或由其他激光器�(fā)出的激光進行光泵激勵;由于對選定的某種染料溶液而言,常常具有較寬的熒光�(fā)射譜帶和相應(yīng)的激光增益帶�,因此在激光器�(nèi)采用適當?shù)纳⒃φ袷庮l率進行選擇性控制之�,可在較寬光譜范圍內(nèi)(通常可達幾百埃以上)獲得單色性較好的可調(diào)諧激光輸�;若進一步變換所使用的染料媒�(zhì)的種類或組合方式,則可在更加寬廣的光譜范圍內(nèi)(可達千埃以上)實現(xiàn)可調(diào)諧激光振�。染料激光器可分別采用連續(xù)或重�(fù)脈沖兩種方法運轉(zhuǎn),在以激光進行光泵激勵的情況�,器件有較高的能量轉(zhuǎn)換效率。在可見光譜區(qū)運轉(zhuǎn)的染料激光器所使用的典型工作物�(zhì)為若丹明 6G、若丹明B等類染料溶液�
可調(diào)諧染料激光器主要�(yīng)用于激光光譜學(xué)和非線性光�(xué)研究�(lǐng)�;此外,在激光顯�、信息記錄與存儲、激光醫(yī)�(xué)與生物學(xué)研究等方面也有其特殊的應(yīng)用價��
半導(dǎo)體二極管激光器 這是人們最早研制成功的一種典型的半導(dǎo)體激光器,其工作原理如圖所�。在本質(zhì)上,這種裝置類似于一種單向(正)偏壓�(fā)光二極管,在N區(qū)�(dǎo)帶的底部集居著電�,而在P區(qū)價帶的頂部集居著空穴;在正向偏壓作用�,電子由N區(qū)進入P區(qū),并在PN�(jié)(交界)區(qū)與空穴相�(fù)合而產(chǎn)生發(fā)�,發(fā)光光子能量約等于�(dǎo)帶與價帶之能量差;如果對PN�(jié)二極管施加的正向注入電流密度超過一定的閾�,使在PN�(jié)區(qū)由復(fù)合發(fā)光所決定的增益遠大于各種可能的光損�,就可以形成相干的激光振蕩;此時,光�(xué)共振腔,可由垂直于結(jié)平面的兩個平行晶體解理面�(gòu)��
半導(dǎo)體PN�(jié)二極管激光器的主要優(yōu)點是體積小、重量輕、成本低、效率高和使用壽命長。目前效果和使用最普遍的是雙異�(zhì)�(jié)型砷化鎵(GaAs/GaAlAs)二極管激光器(見彩�),可在室溫條件下以較高重�(fù)脈沖率運�(zhuǎn)或連續(xù)運轉(zhuǎn),輸出激光在0.8微米附近的近紅外區(qū),并可按一定方式在有限的光譜范圍內(nèi)進行�(diào)諧�
半導(dǎo)體二極管激光器在激光通信、信息存�、處理與顯示、激光測�、制�(dǎo)、夜視及激光光譜學(xué)研究等領(lǐng)域均有重要應(yīng)用價�(見激�、激光器、激光單元技�(shù))�
稀土激光材料的�(yīng)用器�
YAG∶Nd激光器
這是用量最�、最成熟的激光晶�,對其需求占激光晶體的90%左右,在未來5年內(nèi)仍為主體。材料加工是激光器巨大市場之一。CO2激光器與YAG∶Nd激光器在材料加工方面銷售量之比�2�1�
光存貯激光器
作為信息高速公路重要組成部�,市場潛力非常巨大,其中一部分屬于光存�。提高存儲密度的方法是用更短波長的激�,目前選擇是808微米的LED泵浦YVO4∶Nd晶體�
2微米激光器
Ho和Tm激光器有很大的市場潛力。由于Ho和Tm激光輸出波長在2微米左右,與水的吸收峰相接近,有極好的對人體組織切割和凝血效果,可以用普通光纖傳輸,是理想的手術(shù)激光光�。美國已批準20多種2微米激光在�(yī)療臨床使�??芍委煻喾N疾病�2微米激光對人眼安全,大氣穿透好,可作為激光雷達光源,其綜合性能�(yōu)于YAG∶Nd和CO2激光器�
LED泵浦的固體激光器
LED泵浦固體激光器其效率比燈泵浦提�10倍,全固體化可靠性提�100�,在光存�、微細加工、有線電�、遙感、雷達等科研方面有巨大市�。LED泵浦激光材料主要有YAG∶Nd、YAG∶Tm、YVO4∶Nd、Y2SiO5∶Nd��
維庫電子通,電子知識,一查百��
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