激光（課堂PPT）

1、1 制作人：耿雙2激光產(chǎn)生原理激光產(chǎn)生原理 普通常見光源的發(fā)光（如電燈、火焰、太普通常見光源的發(fā)光（如電燈、火焰、太陽(yáng)等地發(fā)光）是由于物質(zhì)在受到外來(lái)能量陽(yáng)等地發(fā)光）是由于物質(zhì)在受到外來(lái)能量（如光能、電能、熱能等）作用時(shí)，原子（如光能、電能、熱能等）作用時(shí)，原子中的電子就會(huì)吸收外來(lái)能量而從低能級(jí)躍中的電子就會(huì)吸收外來(lái)能量而從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)，即原子被激發(fā)。激發(fā)的過(guò)程遷到高能級(jí)，即原子被激發(fā)。激發(fā)的過(guò)程是一個(gè)是一個(gè)“受激吸收受激吸收”過(guò)程過(guò)程3激光器的結(jié)構(gòu) 1、激光工作介質(zhì) 2、激勵(lì)源 3、諧振腔4激光工作介質(zhì)激光工作介質(zhì) 激光的產(chǎn)生必須選擇合適的工作介質(zhì)，可激光的產(chǎn)生必須選擇合適的工作介質(zhì)，可

2、以是氣體、液體、固體或半導(dǎo)體。在這種以是氣體、液體、固體或半導(dǎo)體。在這種介質(zhì)中可以實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，以制造獲得介質(zhì)中可以實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，以制造獲得激光的必要條件。顯然亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)的存在，激光的必要條件。顯然亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)的存在，對(duì)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)世非常有利的。現(xiàn)有工對(duì)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)世非常有利的?，F(xiàn)有工作介質(zhì)近千種，可產(chǎn)生的激光波長(zhǎng)包括從作介質(zhì)近千種，可產(chǎn)生的激光波長(zhǎng)包括從真空紫外道遠(yuǎn)紅外，非常廣泛。真空紫外道遠(yuǎn)紅外，非常廣泛。5激勵(lì)源激勵(lì)源 為了使工作介質(zhì)中出現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，必為了使工作介質(zhì)中出現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，必須用一定的方法去激勵(lì)原子體系，使處于須用一定的方法去激勵(lì)原子體系，使處于上能級(jí)的粒子數(shù)增加。一般

3、可以用氣體放上能級(jí)的粒子數(shù)增加。一般可以用氣體放電的辦法來(lái)利用具有動(dòng)能的電子去激發(fā)介電的辦法來(lái)利用具有動(dòng)能的電子去激發(fā)介質(zhì)原子，稱為電激勵(lì)；也可用脈沖光源來(lái)質(zhì)原子，稱為電激勵(lì)；也可用脈沖光源來(lái)照射工作介質(zhì)，稱為光激勵(lì)；還有熱激勵(lì)、照射工作介質(zhì)，稱為光激勵(lì)；還有熱激勵(lì)、化學(xué)激勵(lì)等。各種激勵(lì)方式被形象化地稱化學(xué)激勵(lì)等。各種激勵(lì)方式被形象化地稱為泵浦或抽運(yùn)。為了不斷得到激光輸出，為泵浦或抽運(yùn)。為了不斷得到激光輸出，必須不斷地必須不斷地“泵浦泵浦”以維持處于上能級(jí)的以維持處于上能級(jí)的粒子數(shù)比下能級(jí)多。粒子數(shù)比下能級(jí)多。6諧振腔諧振腔 光學(xué)諧振腔，實(shí)際是在激光器兩端，面對(duì)光學(xué)諧振腔，實(shí)際是在激光器兩端，

4、面對(duì)面裝上兩塊反射率很高的鏡。一塊幾乎全面裝上兩塊反射率很高的鏡。一塊幾乎全反射，一塊光大部分反射、少量透射出去，反射，一塊光大部分反射、少量透射出去，以使激光可透過(guò)這塊鏡子而射出。被反射以使激光可透過(guò)這塊鏡子而射出。被反射回到工作介質(zhì)的光，繼續(xù)誘發(fā)新的受激輻回到工作介質(zhì)的光，繼續(xù)誘發(fā)新的受激輻射，光被放大射，光被放大7激光器的種類激光器的種類 對(duì)激光器有不同的分類方法，一般按工作對(duì)激光器有不同的分類方法，一般按工作介質(zhì)的不同來(lái)分類，在可以分為固體激光介質(zhì)的不同來(lái)分類，在可以分為固體激光器、氣體激光器、液體激光器和半導(dǎo)體激器、氣體激光器、液體激光器和半導(dǎo)體激光器。另外，根據(jù)激光輸出方式的不同又

5、光器。另外，根據(jù)激光輸出方式的不同又可分為連續(xù)激光器和脈沖激光器，其中脈可分為連續(xù)激光器和脈沖激光器，其中脈沖激光的峰值功率可以非常大，還可以按沖激光的峰值功率可以非常大，還可以按發(fā)光的頻率和發(fā)光功率大小分類。發(fā)光的頻率和發(fā)光功率大小分類。8固體激光器固體激光器 一般講，固體激光器具有器件小、堅(jiān)固、一般講，固體激光器具有器件小、堅(jiān)固、使用方便、輸出功率大的特點(diǎn)。這種激光使用方便、輸出功率大的特點(diǎn)。這種激光器的工作介質(zhì)是在作為基質(zhì)材料的晶體或器的工作介質(zhì)是在作為基質(zhì)材料的晶體或玻璃中均勻摻入少量激活離子，除了前面玻璃中均勻摻入少量激活離子，除了前面介紹用紅寶石和玻璃外，常用的還有釔鋁介紹用紅寶石

6、和玻璃外，常用的還有釔鋁石榴石（石榴石（YAGYAG）晶體中摻入三價(jià)釹離子的激）晶體中摻入三價(jià)釹離子的激光器，它發(fā)射光器，它發(fā)射1060nm1060nm的近紅外激光。固體的近紅外激光。固體激光器一般連續(xù)功率可達(dá)激光器一般連續(xù)功率可達(dá)100W100W以上，脈沖以上，脈沖峰值功率可達(dá)峰值功率可達(dá)109W109W。9氣體激光器氣體激光器 氣體激光器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低；氣體激光器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低；操作方便；工作介質(zhì)均勻，光束質(zhì)量好；操作方便；工作介質(zhì)均勻，光束質(zhì)量好；以及能長(zhǎng)時(shí)間較穩(wěn)定地連續(xù)工作的有點(diǎn)。以及能長(zhǎng)時(shí)間較穩(wěn)定地連續(xù)工作的有點(diǎn)。工作物質(zhì)主要以氣體狀態(tài)進(jìn)行發(fā)射的激光工作物質(zhì)主要以氣體狀態(tài)

7、進(jìn)行發(fā)射的激光器在常溫常壓下是氣體，有的物質(zhì)在通常器在常溫常壓下是氣體，有的物質(zhì)在通常條件下是液體（如非金屬粒子的有水、條件下是液體（如非金屬粒子的有水、汞），及固體（如金屬離子結(jié)構(gòu)的銅，鎘汞），及固體（如金屬離子結(jié)構(gòu)的銅，鎘等粒子），經(jīng)過(guò)加熱使其變?yōu)檎魵?，利用等粒子），?jīng)過(guò)加熱使其變?yōu)檎魵?，利用這類蒸氣作為工作物質(zhì)的激光器，統(tǒng)歸氣這類蒸氣作為工作物質(zhì)的激光器，統(tǒng)歸氣體激光器之中。體激光器之中。10半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器 半導(dǎo)體激光器是以半導(dǎo)體材料作為工作半導(dǎo)體激光器是以半導(dǎo)體材料作為工作介質(zhì)的。這種激光器體積小、質(zhì)量輕、壽介質(zhì)的。這種激光器體積小、質(zhì)量輕、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而堅(jiān)固命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

8、單而堅(jiān)固。激勵(lì)方式有電注。激勵(lì)方式有電注入、電子束激勵(lì)和光泵浦三種形式。半導(dǎo)入、電子束激勵(lì)和光泵浦三種形式。半導(dǎo)體激光器件，可分為同質(zhì)結(jié)、單異質(zhì)結(jié)、體激光器件，可分為同質(zhì)結(jié)、單異質(zhì)結(jié)、雙異質(zhì)結(jié)等幾種。同質(zhì)結(jié)激光器和單異質(zhì)雙異質(zhì)結(jié)等幾種。同質(zhì)結(jié)激光器和單異質(zhì)結(jié)激光器室溫時(shí)多為脈沖器件，而雙異質(zhì)結(jié)激光器室溫時(shí)多為脈沖器件，而雙異質(zhì)結(jié)激光器室溫時(shí)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作。這種激結(jié)激光器室溫時(shí)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作。這種激光器的特點(diǎn)是體積小，能耗低，功率低光器的特點(diǎn)是體積小，能耗低，功率低（因此對(duì)人眼相對(duì)安全一些），能在常溫（因此對(duì)人眼相對(duì)安全一些），能在常溫下運(yùn)行。下運(yùn)行。11液體激光器液體激光器 常用的是染料激光器，采用有機(jī)染料最常用的是染料激光器，采用有機(jī)染料最為工作介質(zhì)。大多數(shù)情況是把有機(jī)染料溶為工作介質(zhì)。大多數(shù)情況是把有機(jī)染料溶于溶劑中（乙醇、丙酮、水等）中使用，于溶劑中（乙醇、丙酮、水等）中使用，也有以蒸氣狀態(tài)工作的。利用不同染料可也有以蒸氣狀態(tài)工作的。利用不同染料可獲得不同波長(zhǎng)激光（在可見光范圍）。染獲得不同波長(zhǎng)激光（在可見光范圍）。染料激光器一般使用激光作泵浦