新激光ppt課件第三章典型激光器02

1、3.3 3.3 固體激光器固體激光器 1960 1960年年，美國人，美國人梅曼梅曼(t. h. maiman)(t. h. maiman)發(fā)明了發(fā)明了世界上第一臺世界上第一臺紅寶石紅寶石激光器。激光器。1.紅寶石晶體紅寶石晶體 紅寶石是在三氧化二鋁紅寶石是在三氧化二鋁(a12o3)中摻入少量的中摻入少量的氧化鉻氧化鉻(cr2o3)生長成的晶體。它的吸收光譜特性生長成的晶體。它的吸收光譜特性主要取決于鉻離子主要取決于鉻離子(cr3) 。它屬于三能級系統(tǒng)，。它屬于三能級系統(tǒng)，如圖如圖為其為其簡化能級模型。簡化能級模型。 紅寶石中鉻離子的能級結(jié)構(gòu)24ae242aa2.2.摻釹釔鋁石榴石摻釹釔鋁石榴

2、石 ( (ndnd3 3 :yag):yag)nd3:yag 的能級結(jié)構(gòu)的能級結(jié)構(gòu)2).2).吸收光譜：吸收光譜：nd3:yag 晶體的吸收光譜晶體的吸收光譜如圖，如圖， 二、固體激光器的泵浦系統(tǒng)二、固體激光器的泵浦系統(tǒng)1. 固體激光工作物質(zhì)是絕緣晶體，一般都采用光泵固體激光工作物質(zhì)是絕緣晶體，一般都采用光泵浦激勵。目前的泵浦光源多為工作于弧光放電狀態(tài)浦激勵。目前的泵浦光源多為工作于弧光放電狀態(tài)的惰性氣體放電燈。的惰性氣體放電燈。泵浦光源泵浦光源2. 常用的泵浦燈在空間的輻射都是全方位的，因而常用的泵浦燈在空間的輻射都是全方位的，因而固體工作物質(zhì)一般都加工成圓柱棒形狀，所以為了固體工作物質(zhì)一般

3、都加工成圓柱棒形狀，所以為了將泵浦燈發(fā)出的光能完全聚到工作物質(zhì)上，必須采將泵浦燈發(fā)出的光能完全聚到工作物質(zhì)上，必須采用聚光腔。用聚光腔。 3.如圖如圖橢圓柱聚光腔是小型固體激光器中最常采橢圓柱聚光腔是小型固體激光器中最常采用的聚光腔，它的內(nèi)表面被拋光成鏡面，其橫截用的聚光腔，它的內(nèi)表面被拋光成鏡面，其橫截面是一個橢圓。面是一個橢圓。 圖圖(5-6) 橢圓柱聚光腔橢圓柱聚光腔4. 固體激光器的泵浦系統(tǒng)還固體激光器的泵浦系統(tǒng)還要冷卻和濾光。常用的冷卻方要冷卻和濾光。常用的冷卻方式有液體冷卻、氣體冷卻和傳式有液體冷卻、氣體冷卻和傳導(dǎo)冷卻等，其中以液冷最為普導(dǎo)冷卻等，其中以液冷最為普遍。遍。 5.泵浦

4、燈和工作物質(zhì)之間插入濾光器件濾去泵浦泵浦燈和工作物質(zhì)之間插入濾光器件濾去泵浦光中的紫外光譜。光中的紫外光譜。 三、工作物質(zhì)的熱效應(yīng)及散熱三、工作物質(zhì)的熱效應(yīng)及散熱. .工作物質(zhì)的熱效應(yīng)工作物質(zhì)的熱效應(yīng)ttt3.4 3.4 染料激光器染料激光器一、一、 染料激光器的激發(fā)機理染料激光器的激發(fā)機理1. 染料分子能級 染料分子能級圖染料分子能級圖染料分子能級圖是如圖所示的染料分子能級圖是如圖所示的準連續(xù)態(tài)準連續(xù)態(tài)能級結(jié)構(gòu)。能級結(jié)構(gòu)。 2. 染料分子的光輻射過程 染料的吸收染料的吸收- -熒光光譜圖熒光光譜圖染料的吸收-熒光光譜圖3. 染料分子的三重態(tài)“陷阱” 二、染料激光器的泵浦二、染料激光器的泵浦1

5、.閃光燈脈沖泵浦 泵浦用閃光燈有兩種結(jié)構(gòu)，普通直管式和同軸式。泵浦用閃光燈有兩種結(jié)構(gòu)，普通直管式和同軸式。 2.激光脈沖泵浦 能夠用于泵浦染料激光器的激光種類很多，主能夠用于泵浦染料激光器的激光種類很多，主要有氮分子激光器要有氮分子激光器(0(0. .337337 m)m)，紅寶石激光器，紅寶石激光器(0(0. .69436943 m)m)，釹玻璃激光器，釹玻璃激光器(1(1. .0606 m)m)，銅蒸氣激，銅蒸氣激光器光器(0(0. .51065106 m m、0 0. .57825782 m)m)，準分子激光器，準分子激光器( (主要主要在紫外區(qū)在紫外區(qū)) ) 以及這些激光的二次、三次諧

6、波等。以及這些激光的二次、三次諧波等。 如圖為經(jīng)常采用的三鏡如圖為經(jīng)常采用的三鏡腔式染料激光器結(jié)構(gòu)示腔式染料激光器結(jié)構(gòu)示意圖。意圖。 三鏡腔式染料激光器三鏡腔式染料激光器三、染料激光器的調(diào)諧三、染料激光器的調(diào)諧1. 光柵調(diào)諧光柵調(diào)諧 如圖是一種光柵如圖是一種光柵- -反射鏡調(diào)諧腔，放在腔中的光反射鏡調(diào)諧腔，放在腔中的光柵柵g g具有擴束和色散作用。具有擴束和色散作用。 光柵光柵-反射鏡調(diào)諧腔反射鏡調(diào)諧腔2. 棱鏡調(diào)諧 如圖是一種折疊式縱向泵浦染料激光器原如圖是一種折疊式縱向泵浦染料激光器原理圖，腔內(nèi)放置的棱鏡是一種色散元件。理圖，腔內(nèi)放置的棱鏡是一種色散元件。 棱鏡調(diào)諧腔棱鏡調(diào)諧腔3. 雙折射

7、濾光片調(diào)諧雙折射濾光片調(diào)諧 圖(5-22) 典型染料激光器原理示意圖u利用雙折射濾光片調(diào)諧，是目前染料激光器廣泛采利用雙折射濾光片調(diào)諧，是目前染料激光器廣泛采用的調(diào)諧方法，國內(nèi)外的用的調(diào)諧方法，國內(nèi)外的arar激光、激光、yagyag倍頻激光泵浦倍頻激光泵浦的染料激光器，都使用這種方法調(diào)諧。如圖給出的典的染料激光器，都使用這種方法調(diào)諧。如圖給出的典型染料激光器就是利用雙折射濾光片進行調(diào)諧的。型染料激光器就是利用雙折射濾光片進行調(diào)諧的。 六、新型固體激光器六、新型固體激光器1. 半導(dǎo)體激光器泵浦的固體激光器半導(dǎo)體激光器泵浦的固體激光器 半導(dǎo)體激光器泵浦固體激光器與閃光燈泵浦固半導(dǎo)體激光器泵浦固體

8、激光器與閃光燈泵浦固體激光器相比有其主要優(yōu)點體激光器相比有其主要優(yōu)點 半導(dǎo)體激光器泵浦固體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖半導(dǎo)體激光器泵浦固體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖半導(dǎo)體激光器泵浦固體激光器的結(jié)構(gòu)，有端泵半導(dǎo)體激光器泵浦固體激光器的結(jié)構(gòu)，有端泵浦方式和側(cè)泵浦方式。浦方式和側(cè)泵浦方式。 2. 可調(diào)諧固體激光器 可調(diào)諧固體激光器主要有兩類，一類是色心激可調(diào)諧固體激光器主要有兩類，一類是色心激光器，一類是用摻過渡族金屬離子的激光晶體制光器，一類是用摻過渡族金屬離子的激光晶體制作的可調(diào)諧激光器。作的可調(diào)諧激光器。 3. 高功率固體激光器 高功率固體激光器主要是指輸出平均功率在幾百高功率固體激光器主要是指輸出平均功率在幾百瓦以上的各種連續(xù)、準連續(xù)及脈沖固體激光器，它瓦以上的各種連續(xù)、準連續(xù)及脈沖固體激光器，它一直是軍事應(yīng)用和激光加工應(yīng)用所追求的目標。一直是軍事應(yīng)用和激光加工應(yīng)用所追求的目標。 從二十世紀七十年代起開始研制的板條形固體從二十世紀七十年代起開始研制的板條形固體激光器，就是針對克服