激光器的结构

  激光器的结构
共享单车立体车库激光器一般包括三个部分。
1、激光工作介质
手写屏激光的产生必须选择合适的工作介质,可以是气体、液体、固体或半导体。在这种介质中可以实现粒子数反转,以制造获得激光的必要条件。显然亚稳态能级的存在,对实现粒子数反转世非常有利的。现有工作介质近千种,可产生的激光波长包括从真空紫外道远红外,非常广泛。
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打包交易2、激励源
牙疳药为了使工作介质中出现粒子数反转,必须用一定的方法去激励原子体系,使处于上能级的粒子数增加。一般可以用气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发介质原子,称为电激励;也可用脉冲光源来照射工作介质,称为光激励;还有热激励、化学激励等。各种激励方式被形象化地称为泵浦或抽运。为了不断得到激光输出,必须不断地“泵浦”以维持处于上能级的粒子数比下能级多。
3、谐振腔
有了合适的工作物质和激励源后,可实现粒子数反转,但这样产生的受激辐射强度很弱,无法实际应用。于是人们就想到了用光学谐振腔进行放大。所谓光学谐振腔,实际是在激光器两端,面对面装上两块反射率很高的镜。一块几乎全反射,一块光大部分反射、少量透射出去,以使激光可透过这块镜子而射出。被反射回到工作介质的光,继续诱发新的受激辐射,光被放大。因此,光在谐振腔中来回振荡,造成连锁反应,雪崩似的获得放大,产生强烈的激光,从部分反射镜子一端输出。
下面以红宝石激光器为例来说明激光的形成。工作物质是一根红宝石棒。红宝石是掺入少许3价铬离子的三氧化二铝晶体。实际是掺入质量比约为0.05%的氧化铬。由于铬离子吸收白光中的绿光和蓝光,所以宝石呈粉红。1960年梅曼发明的激光器所产用的红宝石是一根直径0.8cm、长约8cm的圆棒。两端面是一对平行平面镜,一端镀上全反射膜,一端有10%的透射率,可让激光透出。
红宝石激光器中,用高压氙灯作“泵浦”,利用氙灯所发出的强光激发铬离子到达激发态E3,被抽运到E3上的电子很快(~10-8s)通过无辐射跃迁到E2。E2是亚稳态能级,E2
到E1的自发辐射几率很小,寿命长达10-3s,即允许粒子停留较长时间。于是,粒子就在E2上积聚起来,实现E2和E1两能级上的粒子数反转。从E2到E1受激发射的波长是694.3nm的红激光。由脉冲氙灯得到的是脉冲激光,每一个光脉冲的持续时间不到1ms,每个光脉冲能量在10J以上;也就是说,每个脉冲激光的功率可超过10kW的数量级。注意到上述铬离子从激发到发出激光的过程中涉及到三条能级,故称为三能级系统。由于在三能级系统中,下能级E1是基态,通常情况下积聚大量原子,所以要达到粒子数反转,要有相当强的激励才行。蜂鸣器电路
三、激光器的种类
对激光器有不同的分类方法,一般按工作介质的不同来分类,在可以分为固体激光器、气体激光器、液体激光器和半导体激光器。另外,根据激光输出方式的不同又可分为连续激光器和脉冲激光器,其中脉冲激光的峰值功率可以非常大,还可以按发光的频率和发光功率大小分类。
1、固体激光器
一般讲,固体激光器具有器件小、坚固、使用方便、输出功率大的特点。这种激光器的工作介质是在作为基质材料的晶体或玻璃中均匀掺入少量激活离子,除了前面介绍用红宝石和玻璃外,常用的还有钇铝石榴石(YAG)晶体中掺入三价钕离子的激光器,它发射1060nm的近红外激光。固体激光器一般连续功率可达100W以上,脉冲峰值功率可达109W。
2、气体激光器
气体激光器具有结构简单、造价低;操作方便;工作介质均匀,光束质量好;以及能长时间较稳定地连续工作的有点。这也是目前品种最多、应用广泛的一类激光器,占有市场达60%左右。其中,氦-氖激光器是最常用的一种。
3、半导体激光器
半导体激光器是以半导体材料作为工作介质的。目前较成熟的是砷化镓激光器,发射840nm的激光。另有掺铝的砷化镓、硫化铬硫化锌等激光器。激励方式有光泵浦、电激励等。这种激光器体积小、质量轻、寿命长、结构简单而坚固,特别适于在飞机、车辆、宇
宙飞船上用。在70年代末期,由于光纤通讯和光盘技术的发展大大推动了半导体激光器的发展。
4、液体激光器
常用的是染料激光器,采用有机染料最为工作介质。大多数情况是把有机染料溶于溶剂中(乙醇、丙酮、水等)中使用,也有以蒸气状态工作的。利用不同染料可获得不同波长激光(在可见光范围)。染料激光器一般使用激光作泵浦源,例如常用的有氩离子激光器等。液体激光器工作原理比较复杂。输出波长连续可调,且覆盖面宽是它的优点,使它也得到广泛应用。
四、激光简史和我国的激光技术
自爱因斯坦1917年提出受激辐射概念后,足足经过了40年,直到1958年,美国两位微波领域的科学家汤斯(C.H.Townes)和肖洛(A.I.Schawlaw)才打破了沉寂的局面,发表了著名论文《红外与光学激射器》,指出了受激辐射为主的发光的可能性,以及必要条件事实现“粒子数反转”。他们的论文史在光学领域工作的科学家马上兴奋起来,纷纷提出各种实现粒子数反转的实验方案,从此开辟了崭新的激光研究领域。
同年苏联科学家巴索夫和普罗霍罗夫发表了《实现三能级粒子数反转和半导体激光器建议》论文,1959年9月汤斯又提出了制造红宝石激光器的建议……1960年5月15日加州休斯实验室的梅曼(T.H.Maiman)制成了世界上第一台红宝石激光器,获得了波长为694.3nm的激光。梅曼是利用红宝石进体做发光材料,用发光密度很高的脉冲氙灯做激发光源(如图所示),实际他的研究早在1957年就开始了,多年的努力终于活动了历史上第一束激光。1964年,汤斯、巴索夫和普罗霍夫由于对激光研究的贡献分享了诺贝尔物理学奖。
中国第一台红宝石激光器于1961年8月在中国科学院长春光学精密机械研究所研制成功。这台激光器在结构上比梅曼所设计的有了新的改进,尤其是在当时我国工业水平比美国低得多,研制条件十分困难,全靠研究人员自己设计、动手制造。在这以后,我国的激光技术也得到了迅速发展,并在各个领域得到了广泛应用。1987年6月,1012W的大功率脉冲激光系统——神光装置,在中国科学院上海光学精密机械研究所研制成功,多年来为我国的激光聚变研究作出了很好的贡献。

本文发布于:2024-09-21 19:39:10,感谢您对本站的认可!

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