激光器的基本結(jié)構(gòu)

1、激光器的基本結(jié)構(gòu)1、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)，可以 是常體、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。作為激光器的核心，是由激活粒子（都為金屬）和基質(zhì)兩部分組成，激活粒子的 能級(jí)結(jié)構(gòu)決定了激光的光譜特性和熒光壽命等激光特性，基質(zhì)主 要決定了工作物質(zhì)的理化性質(zhì)。根據(jù)激活粒子的能級(jí)結(jié)構(gòu)形式， 可分為三能級(jí)系統(tǒng)（例如紅寶石激光器）與四能級(jí)系統(tǒng)（例如 Er： YAG激光器）。工作物質(zhì)的形狀目前常用的主要有四種：圓柱 形（

2、目前使用最多）、平板形、圓盤形及管狀。2、激勵(lì)源為了使工作介質(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)、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，必須不斷地“泵浦”以維持處于上能級(jí)的 粒子數(shù)比下能級(jí)多。泵浦源能夠提供能量使工作物質(zhì)中上下能級(jí) 間的粒子數(shù)翻轉(zhuǎn)，目前主要采用光泵浦。泵浦光源需要滿足兩個(gè) 基本條件：有很高的發(fā)光效率和輻射光的光譜特性應(yīng)與工作物質(zhì) 的吸收光譜相匹配。常用的泵浦源主要有惰性氣

3、體放電燈、太陽(yáng) 能及二極管激光器。其中惰性氣體放電燈是當(dāng)前最常用的，太陽(yáng) 能泵浦常用在小功率器件，尤其在航天工作中的小激光器可用太 陽(yáng)能最為永久能源，二極管(LD)泵浦是目前固體激光器的發(fā)展方 向，它集合眾多優(yōu)點(diǎn)于一身，已成為當(dāng)前發(fā)展最快的激光器之 一。LD泵浦的方式可以分為兩類，橫向：同軸入射的端面泵浦； 縱向：垂直入射的側(cè)面泵浦。LD泵浦的固體激光器有很多優(yōu)點(diǎn)，壽 命長(zhǎng)、頻率穩(wěn)定性好、熱光畸變小等等，當(dāng)然最突出的優(yōu)點(diǎn)是泵 浦效率高，因?yàn)樗闷止獠ㄩL(zhǎng)與激光介質(zhì)吸收譜嚴(yán)格匹配。3、聚光系統(tǒng)聚光腔的作用有兩個(gè)，一個(gè)是將泵浦源與工作物 質(zhì)有效的耦合；另一個(gè)是決定激光物質(zhì)上泵浦光密度的分布，從 而影

4、響到輸出光束的均勻性、發(fā)散度和光學(xué)畸變。工作物質(zhì)和泵 浦源都安裝在聚光腔內(nèi)，因此聚光腔的優(yōu)劣直接影響泵浦的效率 及工作性能。橢圓柱聚光腔是目前小型固體激光器最常采用的。4、光學(xué)諧振腔：由全反射鏡和部分反射鏡組成，是固體激光 器的重要組成部分。光學(xué)諧振腔除了提供光學(xué)正反饋維持激光持 續(xù)振蕩以形成受激發(fā)射，還對(duì)振蕩光束的方向和頻率進(jìn)行限制， 以保證輸出激光的高單色性和高定向性。最簡(jiǎn)單常用的固體激光 器的光學(xué)諧振腔是由相向放置的兩平面鏡(或球面鏡)構(gòu)成。5、冷卻與濾光系統(tǒng)：是激光器必不可少的輔助裝置。固體激 光器工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生比較嚴(yán)重的熱效應(yīng)，所以通常都要采取冷卻措 施。主要是對(duì)激光工作物質(zhì)、泵浦系統(tǒng)和聚光腔進(jìn)行冷卻，以保 證激光器的正常使用及器材的保護(hù)。冷卻方法有液體冷卻、氣體 冷卻和傳導(dǎo)冷卻，但目前使用最廣泛的是液體冷卻方法。要獲得 高單色性的激光束，濾光系統(tǒng)起了很大的作用。濾光系統(tǒng)能夠?qū)?大部分的泵浦光和其他一些干擾光過(guò)濾，使得輸出的激光單色性