激光原理第5章典型激光器介绍

1、光电与信息工程学院光电与信息工程学院http:/朱朱 莉莉 莉莉福建师范大学光电与信息工程学院福建师范大学光电与信息工程学院（第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院第第5章章 典型激光器介绍典型激光器介绍5.1 固体激光器固体激光器5.2 气体激光器气体激光器5.3 染料激光器染料激光器5.4 半导体激光器半导体激光器5.5* 其他激光器其他激光器（第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院一、固体激光器的基本结构与工作物质一、固体激光器的基本结构

2、与工作物质1.固体激光器基本上都是由工作物质、泵浦系统、谐振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。腔和冷却、滤光系统构成的。图图5-1 固体激光器的基本结固体激光器的基本结构示意图构示意图5.1 固体激光器固体激光器（第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院2.红宝石激光器（三能级系统）红宝石激光器（三能级系统）图图(5-3) 红宝石中铬离子的能级结构红宝石中铬离子的能级结构R1线（线（0.6943um）R2线（线（0.6929um）优点：优点：机械强度高，容机械强度高，容易生成大尺寸晶

3、体，容易生成大尺寸晶体，容易获得大能量的单模输易获得大能量的单模输出。出。缺点：缺点：阈值高，温度阈值高，温度效应严重，室温下不效应严重，室温下不适于连续和高重复率适于连续和高重复率工作。工作。（第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院3.掺钕钇铝石榴石掺钕钇铝石榴石(Nd3：YAG) （四能级系统）（四能级系统）工作物质工作物质: :将一定比例的将一定比例的A12O3、Y2O3，和，和Nd2O3在单在单晶炉中进行熔化结晶而成的，呈淡紫色。它的激活粒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子是钕离子(Nd

4、3)，图图(5-5) Nd3:YAG 的能级结构的能级结构基态基态优点：优点：阈值低，具有优良的阈值低，具有优良的热学性质，适于连续喝高重热学性质，适于连续喝高重复率工作。复率工作。（第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院二、二、 固体激光器的泵浦系统固体激光器的泵浦系统1. 1. 固体激光工作物质是绝缘晶体，一般都采用光泵浦激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。励。泵浦光源应当满足两个基本条件。2. 2. 常用的泵浦灯在空间的辐射都是全方位的，因而固常用的泵浦灯在空间的辐射

5、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，必须采用灯发出的光能完全聚到工作物质上，必须采用聚光腔聚光腔。 很高的发光效率很高的发光效率 光谱特性应与工作物质吸收光谱相匹配光谱特性应与工作物质吸收光谱相匹配（第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院4. 固体激光器的泵浦系统还要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液体冷却、气体冷却和传导冷却等，其中

6、以液冷最为普遍。等，其中以液冷最为普遍。 5.泵浦灯和工作物质之间插入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滤光器件滤去泵浦光中的紫外光谱（避免热效应）。谱（避免热效应）。 3.3.图图( (5 5- -6 6) )所示的椭圆柱聚光腔是小型固体激光器中最常所示的椭圆柱聚光腔是小型固体激光器中最常采用的采用的聚光腔聚光腔，它的内表面被抛光成镜面，其横截面是一，它的内表面被抛光成镜面，其横截面是一个椭圆。个椭圆。 图图(5-6) (5-6) 椭圆柱聚光腔椭圆柱聚光腔（第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院三、

7、三、 固体激光器的输出特性固体激光器的输出特性1. 固体激光器的激光脉冲特性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规则振荡的短脉冲(或称尖峰或称尖峰)组成的，各个短脉冲的持组成的，各个短脉冲的持续时间约为续时间约为(0. .1 1) m，各短脉冲之间的间隔约为，各短脉冲之间的间隔约为(5 10) s。泵浦光愈强，短脉冲数目愈多，其包络峰值并不增。泵浦光愈强，短脉冲数目愈多，其包络峰值并不增加。加。调调Q Q技术和锁模技术可以改变这种特性，产生巨脉冲技术和锁模技术可以改变这种特性，产生巨脉冲和超短脉冲

8、和超短脉冲 （第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院2. 转换效率转换效率 总体效率总体效率定义为激光输出与泵浦灯的电输入之比。定义为激光输出与泵浦灯的电输入之比。对于连续激光器对于连续激光器(用功率描述用功率描述)和脉冲激光器和脉冲激光器(用能量描用能量描述述)分别表示为分别表示为：couabcLpinthinouttPPPP1211couabcLpinthinouttEEEE1211三、三、 固体激光器的输出特性固体激光器的输出特性（第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章）福建师范

9、大学光电学院福建师范大学光电学院四、四、 新型固体激光器新型固体激光器1. 半导体激光器泵浦的固体激光器半导体激光器泵浦的固体激光器 图图(5-7) 半导体激光器泵浦固体激光器的结构示意图半导体激光器泵浦固体激光器的结构示意图半导体激光器泵浦固体激光器与闪光灯泵浦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：相比有其主要优点：能量转换效率高。能量转换效率高。产生的无功热产生的无功热量小。量小。寿命长，结构简单，使用方便。寿命长，结构简单，使用方便。 半导体激光器泵浦固体激光器的结构如半导体激光器泵浦固体激光器的结构如图图( (5- -7）所所示：示：（第（第1章）

10、章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院2. 可调谐固体激光器可调谐固体激光器 可调谐固体激光器主要有两类，一类是色心激光器，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。激光器。优点：阈值低，既可连续工作，优点：阈值低，既可连续工作，又可脉冲工作，容又可脉冲工作，容易实现单模运转，并且光束质量好，调谐范围可达易实现单模运转，并且光束质量好，调谐范围可达0.83.9um。3. 高功率固体激光器高功率固体激光器 高功率固体激光器主要是指

11、输出平均功率在几百瓦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。是军事应用和激光加工应用所追求的目标。 （第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院从二十世纪七十年代起开始研制的板条形固体激光器，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折射率分布

12、、应力双折射等固有矛盾而提出的一种结构方案，其结构方案，其结构如图如图( (5- -8) )所示。所示。 图图(5-8) 板条形固体激光器结构示意图板条形固体激光器结构示意图3. 高功率固体激光器高功率固体激光器 （第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院固体激光器固体激光器红宝石激光器红宝石激光器YAG激光器激光器工作物质工作物质Al2O3Al2O3Cr2O3Cr2O3；Cr3Cr3决定光谱性能决定光谱性能Al2O3Y2O3Nd2O3；Nd3决定光决定光谱性能谱性能物理过程物理过程三能级三能级四能级四能级激光谱线激光谱

13、线0.6943m+0.6929m0.6943m+0.6929m；0.6943m0.6943m占优势占优势1.35m +1.06m；一；一般只产生般只产生1.06m泵浦源泵浦源脉冲脉冲氙氙灯灯氪灯氪灯2222泵浦特点泵浦特点* *泵浦灯和激光棒分别位于椭圆聚光腔的两条泵浦灯和激光棒分别位于椭圆聚光腔的两条焦线上；焦线上；* *泵浦光源中仅有少部分与工作物质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。吸收带相匹配的光能是有用的。（第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院固体激光器固体激光器红宝石激光器红宝石激光

14、器YAG激光器激光器优缺点优缺点阈值高、温度效阈值高、温度效应非常严重、室应非常严重、室温下不适于连续温下不适于连续和高重复率工作和高重复率工作阈值低、有优良的热学阈值低、有优良的热学性质、适于连续和高重性质、适于连续和高重复率工作；是目前能在复率工作；是目前能在室温下连续工作的唯一室温下连续工作的唯一实用的固体工作物质实用的固体工作物质输出特性输出特性 大多数为脉冲激光器，产生的激光脉冲是大多数为脉冲激光器，产生的激光脉冲是一系列的尖峰，宽度约为几个微米一系列的尖峰，宽度约为几个微米转换效率低转换效率低(总体效率：激光输出与泵浦源总体效率：激光输出与泵浦源的电输入之比的电输入之比)0.5%-

15、1%1%-3%特点特点输出能量大；峰值功率高输出能量大；峰值功率高（第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院一、一、 氦氦- -氖氖(He-Ne)(He-Ne)激光器激光器1. He-Ne1. He-Ne激光器的结构和激发机理激光器的结构和激发机理 图图(5-9) He-Ne激光器的基本结构形式激光器的基本结构形式 结构：结构： 5.2 气体激光器气体激光器（第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院图图(5-10) 与激光跃迁有关的与激光跃迁有关的

16、Ne原子的原子的部分能级图部分能级图激发机理 ：He- -Ne激光器是激光器是典型的四能级系统，典型的四能级系统，其激光谱线主要有其激光谱线主要有三条三条 :3S2P 0. .6328 2S2P 1. .15 3S3P 3. .39 （第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院2. He-Ne2. He-Ne激光器的输出特性激光器的输出特性 (1) (1) 谱线竞争谱线竞争: : HeHe- -NeNe激光器三条强的激光谱线激光器三条强的激光谱线(0(0. .63286328 m m，1 1. .1515 m m，3 3.

17、 .3939 m)m)中哪一条谱线起振完全取中哪一条谱线起振完全取决于谐振腔介质膜反射镜的波长选择。见决于谐振腔介质膜反射镜的波长选择。见图图( (5 5- -1010) ) (2) (2) 输出功率特性输出功率特性 : : HeHe- -NeNe激光器的放电电流对输出功激光器的放电电流对输出功率影响很大。图率影响很大。图( (5 5- -1111) )是实是实验测验测得的输出功率与放电电得的输出功率与放电电流的关系曲线流的关系曲线 图图(5-11) (5-11) 输出功率与放电电流的关系曲线输出功率与放电电流的关系曲线（第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章

18、）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院图图(5-11) 输出功率与放电电流的关系曲线输出功率与放电电流的关系曲线在最佳充气条件下，使输在最佳充气条件下，使输出功率最大的放电电流叫最出功率最大的放电电流叫最佳放电电流佳放电电流 He- -Ne激光器存在着最佳激光器存在着最佳混合比和最佳充气总压强，混合比和最佳充气总压强，即存在最佳充气条件。即存在最佳充气条件。 若放电毛细管的直径为若放电毛细管的直径为d，充气压强为充气压强为p，则存在一个使，则存在一个使输出功率最大的最佳输出功率最大的最佳pd值。值。在最佳放电条件下，工作在最佳放电条件下，工作物质的增益系数和毛细管直物质的增益系数和毛细管直

19、径径d成反比。成反比。 （第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院1. CO1. CO2 2激光器的结构和激发过程激光器的结构和激发过程 图图(5-12) (5-12) 封离式封离式COCO2 2激光器结构示意图激光器结构示意图二、二氧化碳激光器二、二氧化碳激光器图图( (5 5- -1212) )是一种典型的结构示意图。构成是一种典型的结构示意图。构成COCO2 2激光器谐振激光器谐振腔的两个反射镜放置在可供调节的腔片架上，最简单的方腔的两个反射镜放置在可供调节的腔片架上，最简单的方法是将反射镜直接贴在放电管的两端。法

20、是将反射镜直接贴在放电管的两端。 （第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院1. CO2激光器的结构和激发过程激光器的结构和激发过程 CO2激光器中与产生激光有关的激光器中与产生激光有关的CO2分子能级图分子能级图如如图图( (5- -13) )所示。所示。 图图(5-13) 与产生激光有关的与产生激光有关的CO2分子能级图分子能级图辅助气体：辅助气体：N2和和He优点：输出功率优点：输出功率大（大（104瓦）、效瓦）、效率高（率高（20%25%）（第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章

21、）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院2. CO2激光器的输出特性激光器的输出特性 相应于相应于CO2激光器的输出功率，其放电电流有一个最佳激光器的输出功率，其放电电流有一个最佳值。值。CO2激光器的最佳放电电流与放电管的直径，管内总激光器的最佳放电电流与放电管的直径，管内总气压，以及气体混合比有关。气压，以及气体混合比有关。 (1) 放电特性放电特性 CO2激光器的转换效率是很高的，但最高也不会超过激光器的转换效率是很高的，但最高也不会超过40，因此将有，因此将有60以上的能量转换为气体的热能，使温度以上的能量转换为气体的热能，使温度升高。气体温度的升高，将引起激光上能级的消激发和激升高

22、。气体温度的升高，将引起激光上能级的消激发和激光下能级的热激发，这都会使粒子的反转数减少。并且，光下能级的热激发，这都会使粒子的反转数减少。并且，气体温度的升高，将使谱线展宽，导致增益系数下降。特气体温度的升高，将使谱线展宽，导致增益系数下降。特别是，气体温度的升高，还将引起别是，气体温度的升高，还将引起CO2分子的分解，降低分子的分解，降低放电管内的放电管内的CO2分子浓度。分子浓度。 (2) 温度效应温度效应 （第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院三、三、 ArAr+ +离子激光器离子激光器1. Ar激光器的结构

23、激光器的结构 Ar激光器一般由放电管、谐振腔、轴向磁场和回气激光器一般由放电管、谐振腔、轴向磁场和回气管等几部分组成。管等几部分组成。如图如图( (5- -14) )所示为石墨放电管的分段所示为石墨放电管的分段结构结构 。 图图(5-14) 分段石墨结构分段石墨结构Ar+激光器示意图激光器示意图（第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院2. Ar2. Ar激光器的激发机理激光器的激发机理 ArAr激光器与激光辐射有关的能级结构激光器与激光辐射有关的能级结构如图如图( (5 5- -1515) )所所示示 图图(5-15)

24、 与产生激光有关的与产生激光有关的Ar+的能级结构的能级结构有丰富的谱线：有丰富的谱线：0.4545um、0.4579um、0.4658um、0.4727um、0.4880um、0.4965um、0.5145um、0.5287um。最强的谱线：最强的谱线：0.4880um、0.5145um（第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院3. Ar激光器的工作持性激光器的工作持性 Ar激光器可以产生多条激光谱线，对应每条谱线都激光器可以产生多条激光谱线，对应每条谱线都有一个阈值电流有一个阈值电流 （P112 表表5-1）(1)多

25、谱线工作多谱线工作 (2)输出功率与放电电流的关系输出功率与放电电流的关系 由于由于Ar激光器特殊的激发激光器特殊的激发机制，其输出功率随放电电流机制，其输出功率随放电电流的变化规律与其它激光器有所的变化规律与其它激光器有所不同，不同，图图( (5- -16) )示出了其示出了其间的间的关系曲线。关系曲线。 图图(5-16) Ar+激光器输出功率随放电电流变化曲线激光器输出功率随放电电流变化曲线（第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院气体激光器气体激光器He-Ne激光器激光器CO2激光器激光器Ar+激光器激光器工作物质

26、工作物质HeNe；Ne决决定光谱性能定光谱性能CO2HeN2；CO2决决定光谱性能定光谱性能Ar；Ar决决定光谱性能定光谱性能物理过程物理过程四能级系统四能级系统四能级系统四能级系统四能级系统四能级系统激光谱线激光谱线0.6328m+1.15m+3.39m；3.39m占优势占优势10.6m +9. 6m；10.6m占优占优势势0.4880m+0.5145m 蓝光蓝光和绿光和绿光泵浦源泵浦源气体放电激励气体放电激励气体放电激励气体放电激励 气体放电激励气体放电激励（第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院气体激光器气体激光

27、器He-Ne激光器激光器CO2激光器激光器Ar+激光器激光器输出特输出特性性*谱线竞争谱线竞争*输出功率特性：输出功率特性：与放电电流关系与放电电流关系很大，存在最佳很大，存在最佳气体混合比和最气体混合比和最佳充气总压强，佳充气总压强，即存在最佳充气即存在最佳充气条件和毛细管直条件和毛细管直径径*放电特性：电流有放电特性：电流有最佳值最佳值*温度效应：转换效温度效应：转换效率高，约有率高，约有60以上以上的能量转换为气体的的能量转换为气体的热能，温度升高，粒热能，温度升高，粒子数反转减小，谱线子数反转减小，谱线加宽增益系数下降加宽增益系数下降*多谱线工作：每多谱线工作：每条谱线都有一个阈条谱线

28、都有一个阈值电流，值电流，*输出功率随放电输出功率随放电电流的关系与其他电流的关系与其他激光器不一样；激光器不一样；（第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院特点特点*气态物质的光学均匀性一般比较好，使其在单色性和光束稳定气态物质的光学均匀性一般比较好，使其在单色性和光束稳定性方面有较大优势；性方面有较大优势；*谱线极为丰富；目前已达数千种，从紫外到远红外波段；谱线极为丰富；目前已达数千种，从紫外到远红外波段；*大多数能连续运转大多数能连续运转*都有瞬时功率不高的特点：工作气体的气压较低，单位体积中都有瞬时功率不高的特点

29、：工作气体的气压较低，单位体积中粒子数较少，只有固体激光器中激活粒子数密度的千分之一或粒子数较少，只有固体激光器中激活粒子数密度的千分之一或更少，因而储存的能量少更少，因而储存的能量少结构简单，使用方结构简单，使用方便，光束质量好，便，光束质量好，工作可靠，容易制工作可靠，容易制造造连续工作脉冲工作均连续工作脉冲工作均可；输出功率大，效可；输出功率大，效率高；正好处于大气率高；正好处于大气窗口，且对人的眼睛窗口，且对人的眼睛的危害比可见光和红的危害比可见光和红外线小得多外线小得多谱线丰富，主要分谱线丰富，主要分布在蓝绿光区；连布在蓝绿光区；连续脉冲工作均可，续脉冲工作均可，是目前在可见光区是目

30、前在可见光区连续输出功率最高连续输出功率最高的气体激光器的气体激光器气体激光器气体激光器He-Ne激光器激光器CO2激光器激光器Ar+激光器激光器（第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院一、一、 染料激光器的激发机理染料激光器的激发机理1. 染料分子能级染料分子能级 染料分子能级图是如染料分子能级图是如图图( (5-17)所示的准连续态能级结构。所示的准连续态能级结构。 图图(5-17) 染料分子能级图染料分子能级图5.3 染料激光器染料激光器上能级上能级下能级下能级 四能级系统四能级系统 阈值低阈值低 荧光范围是准连

31、续宽带结构荧光范围是准连续宽带结构（第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院2. 染料分子的光辐射过程染料分子的光辐射过程 如图如图( (5- -18) )所示染料的所示染料的吸收吸收- -荧光光谱图荧光光谱图3. 染料分子的三重态染料分子的三重态“陷阱陷阱” 图图(5-18) 染料的吸收染料的吸收-荧光光谱图荧光光谱图图图(5-17) 染料分子能级图染料分子能级图三重态三重态T1对染料激光器对染料激光器极为不利，必须消除。极为不利，必须消除。常用办法：加入三重态常用办法：加入三重态淬灭剂，缩短淬灭剂，缩短T1寿命。寿命

32、。（第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院二、染料激光器的泵浦二、染料激光器的泵浦1.1.闪光灯脉冲泵浦闪光灯脉冲泵浦 泵浦用闪光灯有两种结构，普通直管式和同轴式。泵浦用闪光灯有两种结构，普通直管式和同轴式。 2.2.激光脉冲泵浦激光脉冲泵浦 能够用于泵浦染料激光器的激光种类很多，主要有能够用于泵浦染料激光器的激光种类很多，主要有氮分子激光器氮分子激光器(0(0. .337337 m)m)，红宝石激光器，红宝石激光器(0(0. .69436943 m)m)，钕玻璃激光器钕玻璃激光器(1(1. .0606 m)m)，铜蒸

33、气激光器，铜蒸气激光器(0(0. .51065106 m m、0 0. .57825782 m)m)，准分子激光器，准分子激光器( (主要在紫外区主要在紫外区) ) 以及这些以及这些激光的二次、三次谐波等。激光的二次、三次谐波等。 （第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院图图(5-19)(5-19)是目前是目前经常采用的三镜腔式染料激光器结构经常采用的三镜腔式染料激光器结构示意图。示意图。 图图(5-19) 三镜腔式染料激光器三镜腔式染料激光器选用泵浦激光的原则：选用泵浦激光的原则： 泵浦光谱与染料吸收光谱匹配。泵浦光

34、谱与染料吸收光谱匹配。 泵浦功率、能量应满足要求。泵浦功率、能量应满足要求。 泵浦光脉冲宽度应窄，足以消除三重态的淬灭作用。泵浦光脉冲宽度应窄，足以消除三重态的淬灭作用。（第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院三、三、 染料激光器的调谐染料激光器的调谐1. 光栅调谐光栅调谐 图图(5(5- -20)20)是一种光是一种光栅栅- -反射镜调谐腔，放在腔中的光栅反射镜调谐腔，放在腔中的光栅G G具有扩束和色散作用。具有扩束和色散作用。 图图(5-20) 光栅光栅-反射镜调谐腔反射镜调谐腔当旋转当旋转R2,使某个使某个波长的

35、光入射角为波长的光入射角为0，该波长就能低损耗该波长就能低损耗返回谐振腔，形成返回谐振腔，形成振荡。振荡。（第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院图图(5(5- -21)21)是是一种折叠一种折叠式纵向泵浦染料激光器式纵向泵浦染料激光器原理图，腔内放置的棱原理图，腔内放置的棱镜是一种色散元件。镜是一种色散元件。 图图(5-21) 棱镜调谐腔棱镜调谐腔2. 棱镜调谐棱镜调谐 （第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院3. 双折射滤光片调谐双折射滤光

36、片调谐 利用双折射滤光利用双折射滤光片调谐，是目前染片调谐，是目前染料激光器广泛采用料激光器广泛采用的调谐方法的调谐方法。8 8字形谐振腔，可字形谐振腔，可消除空间烧孔效应，消除空间烧孔效应，提高振荡效率。提高振荡效率。双折射滤波片为双折射滤波片为调谐元件。调谐元件。 图图(5-22) 典型染料激光器原理示意图典型染料激光器原理示意图（第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院小结：小结： 典型激光器典型激光器 各种工作物质、运转方式的激光器不断出现。各种工作物质、运转方式的激光器不断出现。 按工作波段分类：按工作波段分类

37、：红外和远红外激光器、可见光激光器、红外和远红外激光器、可见光激光器、紫外和真空紫外激光器、紫外和真空紫外激光器、X X射线激光器。射线激光器。 按运转方式分类：按运转方式分类：连续激光器、脉冲激光器、超短脉冲激连续激光器、脉冲激光器、超短脉冲激光器。光器。 按激光器工作物质分类：按激光器工作物质分类：固体激光器、气体激光器、染料固体激光器、气体激光器、染料激光器和半导体激光器。激光器和半导体激光器。（第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院固体激光器固体激光器 固体激光器固体激光器是以掺杂离子的绝缘晶体或玻璃作为工作物

38、质是以掺杂离子的绝缘晶体或玻璃作为工作物质的激光器。的激光器。 常采用的固体工作物质仍然是红宝石、钕玻璃、掺钕钇铝常采用的固体工作物质仍然是红宝石、钕玻璃、掺钕钇铝石榴石石榴石(Nd3:YAG)等三种等三种 。 固体激光器的特点：固体激光器的特点：输出能量大输出能量大(可达数万焦耳可达数万焦耳)，峰值功，峰值功率高率高(连续功率可达数千瓦，脉冲峰值功率可达千兆瓦、几连续功率可达数千瓦，脉冲峰值功率可达千兆瓦、几十太瓦十太瓦)，结构紧凑，牢固耐用。，结构紧凑，牢固耐用。 广泛应用于工业、国防、医疗、科研等方面，例如打孔、广泛应用于工业、国防、医疗、科研等方面，例如打孔、焊接、划片、微调、激光测距

39、、雷达、制导、激光视网膜焊接、划片、微调、激光测距、雷达、制导、激光视网膜凝结、全息照相、激光存储、大容量通信等。凝结、全息照相、激光存储、大容量通信等。（第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院Nd3:YAG激光器激光器 突出优点：突出优点：阈值低和具有优良的热学性质，这就使得阈值低和具有优良的热学性质，这就使得它适于连续和高重复率工作。它适于连续和高重复率工作。 Nd3:YAG是目前能在室温下连续工作的唯一实用的是目前能在室温下连续工作的唯一实用的固体工作物质，在中小功率脉冲器件中，特别是在高固体工作物质，在中小功率

40、脉冲器件中，特别是在高重复率的脉冲器件中，目前应用重复率的脉冲器件中，目前应用Nd3:YAG的量，远的量，远远超过其它固体工作物质。可以说，远超过其它固体工作物质。可以说， Nd3:YAG从出从出现至今，大量使用，长盛不衰。现至今，大量使用，长盛不衰。（第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院气体激光器气体激光器 气体激光器是以气体或蒸气作为工作物质的激光器。气体激光器是以气体或蒸气作为工作物质的激光器。 与其它种类的激光器相比较，与其它种类的激光器相比较，气体激光器的突出优点气体激光器的突出优点:输输出光束的质量好出光

41、束的质量好(单色性、相干性、光束方向和稳定性等单色性、相干性、光束方向和稳定性等)。因此，在工农业生产、国防和科学研究中，都有广泛的因此，在工农业生产、国防和科学研究中，都有广泛的应用。应用。 三种典型气体激光器：三种典型气体激光器： He-Ne激光器：激光器：具有结构简单、使用方便、光束质量好、具有结构简单、使用方便、光束质量好、工作可靠和制造容易等优点，至今仍然是应用最广泛的工作可靠和制造容易等优点，至今仍然是应用最广泛的一种气体激光器。主要谱线是一种气体激光器。主要谱线是0.6328 m红光，黄光红光，黄光(0.594 m)、绿光、绿光(0.543 m)和橙光和橙光(0.606 m、0.

42、612 m) （第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院气体激光器气体激光器(续续1) 二氧化碳二氧化碳(CO2)激光器：激光器：是以是以CO2气体分子作为工作物质气体分子作为工作物质的气体激光器。其激光波长为的气体激光器。其激光波长为10.6 m和和9.6 m。 优点：优点：它既能连续工作，又能脉冲工作，输出大，效率高。它既能连续工作，又能脉冲工作，输出大，效率高。它的能量转换效率高达它的能量转换效率高达(20 25)，连续输出功率可达万，连续输出功率可达万瓦量级，脉冲输出能量可达万焦耳，脉冲宽度可压缩到毫瓦量级，脉冲

43、输出能量可达万焦耳，脉冲宽度可压缩到毫微秒。微秒。 被广泛用于被广泛用于材料加工、通信、雷达、诱发化学反应、外科材料加工、通信、雷达、诱发化学反应、外科手术等方面，还可用于激光引发热核反应，激光分离同位手术等方面，还可用于激光引发热核反应，激光分离同位素以及激光武器等。素以及激光武器等。（第（第1章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院（第（第3章）章）福建师范大学光电学院福建师范大学光电学院气体激光器气体激光器(续续2) 离子离子(Ar)激光器：以气态离子的不同激发态之间的激发激光器：以气态离子的不同激发态之间的激发跃迁进行工作的气体激光器。跃迁进行工作的气体激光器。 Ar激光器的激光谱线很丰富，主要分布在蓝绿光区，其激光器的激光谱线很丰富，主要分布在蓝绿光区，其中，以中，以0.4880 m蓝光和蓝光和0.5145 m绿光两条谱线最强。绿光两条谱线最强。 Ar激光器既可以连续工作，又可以脉冲状态运转。连续激光器既可以连续工作，又可以脉冲状态运转。连续功率一般为几瓦到几十瓦，高者可达一百多瓦，是目前在功率一般为几瓦