第四章一固体激光器的基本特性

第四章一固体激光器的基本特性第一页，共十六页，2022年，8月28日固体激光器1960-5-17，TedMaiman发明第一台激光器2第二页，共十六页，2022年，8月28日固体激光器第一台红宝石激光器的拆卸图3第三页，共十六页，2022年，8月28日固体激光器特点运行方式多样：调Q，锁模，高平均功率，高重复率，高单脉冲能量及高峰值功率。谱线多，达数千条，分布于可见到近红外区，通过频率变换技术可到紫外区系统简单，制造容易，传输灵活，可接光纤结构紧凑，牢固耐用，价格适宜4第四页，共十六页，2022年，8月28日1.固体激光器基本特性1.固体激光器基本特性1.1固体激光器的基本结构和能量转换1.2固体激光器的阈值1.3输出能量（功率）、效率和最佳透过率1.4输出稳定性、光谱特性、偏振特性和方向性5第五页，共十六页，2022年，8月28日固体激光器基本结构激光工作物质泵浦源聚光腔谐振腔冷却与滤光6第六页，共十六页，2022年，8月28日固体激光器的能量转换7第七页，共十六页，2022年，8月28日A21B12B21E2S32E1W03E3E0b)四能级A21B12B21E2S32E1W13E3a)三能级A31A30量子效率优质红宝石:0.7普通红宝石:0.5钕玻璃:0.4YAG:~18第八页，共十六页，2022年，8月28日固体激光器的损耗透射损耗(T)工作物质的吸收，散射（αi）其它元件的反射、吸收、散射及衍射损耗（αa）损耗系数α=αi+αa

9第九页，共十六页，2022年，8月28日三种工作物质的阈值比较工作物质尺寸：Φ6mm×100mm，损耗系数α＝0.01，输出镜透射率T＝0.5，ηL＝0.5，ηc＝0.8，ηab＝0.2参数红宝石Nd3＋：YAGNd3+:Glassσ21（cm2）νp（S－1）ntot(cm-3)η0Δnth(cm-3)n2th(cm-3)Eth(J)2.5×10－206.25×10141.58×10190.71.79×10188.8×101818450×10－204×10141.38×102018.9×10168.9×10160.833×10－204×10142.85×10200.51.49×10181.49×10182810第十页，共十六页，2022年，8月28日影响阈值的因素工作物质的种类三能级阈值高于四能级阈值损耗系数α对三能级系统影响小对四能级系统影响显著。质量好的工作介质和精心调节谐振腔可减小αηLηcηab提高发光效率提高聚光器效率提高光谱匹配效率输出镜反射率R增大R可减小阈值11第十一页，共十六页，2022年，8月28日透过率选择输出能量(功率)高，透过率高。为防止腔内元件损坏，易采用高透过率。依据经验用实验方法确定透过率连续YAG：5～10％脉冲YAG：60～80％脉冲钕玻璃：50~60%脉冲红宝石：40～60％12第十二页，共十六页，2022年，8月28日1.4输出稳定性、光谱特性、偏振特性和方向性输出稳定性长期稳定性工作物质劣化泵源老化聚光器污染谐振腔失调短期稳定性电源不稳灯触发强度变化阈值附近工作外部光学元件反馈激光棒热效应高频起伏驰豫振荡13第十三页，共十六页，2022年，8月28日激光束方向性衍射极限倍数因子M214第十四页，共十六页，2022年，8月28日影响激光方向性因素高增益带来的高阶离轴模振荡固体工作物质杂质，应力，激活离子分布不均等缺陷引起的散射和折射光泵浦不均匀导致反转粒子数不均匀，引起折射率不均匀热透镜的会聚作用使发散角增大谐振腔的调整精度15第十五页，共十六页，2022年，8月28日激光的偏振特性偏振