激光从业人员培训课程课件

基本理论

光学基本概念，激光的特性,

激光产生的基本原理，激光器基本结构，激光的技术应用，本公司各类激光器的光学原理及设计，激光与物质的相互作用基本理论光学基本概念，1光学基本概念光

光是同广播，射线一样的电磁波，激光也是如此，具有电磁波的一切通性，比如频率，波长，成像，反射，折射，偏振，散射，衍射等特性电磁波的划分光学基本概念光光是同广播，射线一样的电磁波，激光也是如此，2光谱可见光的波长在400－700nm，人眼最易感受的是555nm的黄绿光，光的波长变短，光子的能量增大。自然光和激光的区别：相干性，激光是相位确定的光，这种光称作相干光。光谱可见光的波长在400－700nm，人眼最易感受的是5553激光的特性高亮度

激光器的亮度是太阳光亮度值的106倍，这是因为激光的发光截面，立体发散角都很小，而输出功率又很大的缘故。高方向性高方向性是指光束的发散角很小，能够使激光传递较长距离的同时，还能保证聚焦到极高的功率密度，其中基模，高斯模的光束直径和发散角最小。高单色性单色性即指激光光谱线的线宽很窄，高单色性才能保证光束的精确聚焦，得到很高的功率密度。高相干性相干性主要描述光波各个部分的相位关系，有空间相干性和时间相干性。激光的特性高亮度激光器的亮度是太阳光亮度值的106倍，这4激光产生的基本原理基本概念原子能级自发辐射受激辐射反转分布横模和纵模

泵浦锁模激光产生的基本原理基本概念5原子能级如果粒子获取外部能量从下能级激发至上能级，即使不受外部的任何刺激，处于激发能级的原子，分子都会自发的跃迁到基态，此时释放出相当于能量为两能级之差，为vnm的光子原子能级如果粒子获取外部能量从下能级激发至上能级，6自激辐射如果粒子获取外部能量从下能级激发至上能级，即使不受外部的任何刺激，处于激发能级的原子，分子都会自发的跃迁到基态，此时释放出相当于能量为两能级之差，为vnm的光子自激辐射如果粒子获取外部能量从下能级激发至上能级，即7受激辐射若处于激发态的原子在自发辐射之前，受到相当于两个能级间频率为vnm的外来光子的作用，则会受激并沿入射光方向辐射出光子受激辐射若处于激发态的原子在自发辐射之前，受到相当于两8反转分布将高能级上的原子密度大于低能级上的原子密度的状态称为反转分布反转分布将高能级上的原子密度大于低能级上的原子密度的状9光学谐振腔

为了使光在介质中能够多次往复运动，在激光介质的两侧各放置一块反射镜，通过校正反射镜的光轴，使光在介质中能够多次往复运动，以此不断放大，当光增益超过镜面和介质中的损耗时，便形成了振荡，以上使光的电磁场始终维持在内部的装置称为光学谐振腔谐振腔的种类谐振腔的损耗光学谐振腔为了使光在介质中能够多次往复运动，在激光介质10谐振腔的种类谐振腔的种类11纵模和横模通常把腔内光场的分布分解为沿着光传播方向的分布（频率分布）和垂直于传播方向的某截面上的分布（光强分布）分别称作纵模和横模在形成稳定的激光振荡时，在光束横截面上的光强分布就是横模，记做TEMmn模式，m表示水平n表示垂直，光强分布为高斯函数。纵模和横模通常把腔内光场的分布分解为沿着光传播方向的分布（频12模式模式13泵浦为了实现粒子数反转，必须有足够强的外界激励能源把低能级的粒子有选择的源源不断的激发到高能级上去，激励方式有多种，如电激励，光激励，热激励，和化学激励等，各种激励方式统称为泵浦泵浦为了实现粒子数反转，必须有足够强的外界激励能源把低能级的14锁模在激光器中引入辅助装置，强迫各纵模的初相位保持一致，这就是锁模锁模在激光器中引入辅助装置，强迫各纵模的初相位保持一致，这就15谐振腔的损耗谐振腔的损耗有反射损耗，吸收、散射损耗，衍射损耗等几种反射损耗谐振腔的反射镜至少有一个是部分透射的，因此伴随着反射产生的损耗也就不可避免。吸收、散射损耗对于激光介质，有夹杂物吸收损耗和介质不均匀性及其缺陷造成的散射损耗。此外镜面的吸收散射也会造成损耗衍射损耗即由光的衍射现象引起的损耗，平行平面式光学谐振腔的衍射损耗非常大，而共焦式谐振腔则比较小。谐振腔的损耗谐振腔的损耗有反射损耗，吸收、散射损耗，衍射损耗16激光器的基本结构构成激光器的三要素介质泵浦源谐振腔激光器的基本结构构成激光器的三要素17介质在外界能量的作用下，某两个能级之间实现了粒子数反转，并且激活介质可以使某个特定的频率的光得到放大的材料固体工作介质红宝石晶体Nd:YAG掺钕钇铝石榴石晶体钕玻璃半导体气体工作介质原子气体分子气体气体离子其它工作介质介质在外界能量的作用下，某两个能级之间实现了粒子数反转，并且18泵浦源气体激光器有放电激励，电子束激励，化学反应激励，热激励等，

CO2多采用直流辉光放电的激励电源，直流高压电源能提供数万伏的电压激励原子和离子在和气体例子碰撞中，传递能量，形成粒子数反转分布。光泵浦源分为惰性气体，金属蒸汽放电，半导体二极管，激光和太阳能泵浦，YAG采用连续氪弧灯做泵浦光源。半导体激光二极管泵浦使用激光二极管阵列发射的波长恰好在介质YAG棒的主要吸收0.808μm处。此外二极管阵列的工作电压较低，不需要出发电路，寿命长的优点。泵浦源气体激光器有放电激励，电子束激励，化学反应激励，热激19CO2激光器的特点高功率，最大连续输出功率可达25kW高效率，总效率为10％，比其它激光器的效率都高高光束质量，其模式较好且稳定CO2激光器类型封离型CO2激光器快速轴流