
海辰介紹:“激光器的結(jié)構(gòu) ”
本站發(fā)布日期:2011-9-12
下面由海辰給大家介紹一下激光器的結(jié)構(gòu):
一、激光三要素:工作介質(zhì)、激勵(lì)源
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),可以是氣體、液體、固體或半導(dǎo)體。關(guān)鍵是能在這種介質(zhì)中實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn),以獲得產(chǎn)生激光的必要條件。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)是非常有利的。
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(chēng)為電激勵(lì);也可用脈沖光源來(lái)照射工作介質(zhì),稱(chēng)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(chēng)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。
3、諧振腔
有了合適的工作物質(zhì)和激勵(lì)源后,可實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn),但這樣產(chǎn)生的受激輻射強(qiáng)度很弱,無(wú)法實(shí)際應(yīng)用。還需要將輻射的光進(jìn)行放大,于是人們就想到了用光學(xué)諧振腔進(jìn)行放大。所謂光學(xué)諧振腔,實(shí)際是在激光器兩端,平行裝上兩塊反射率很高的鏡片,一塊為全反射鏡片,一塊為部分反射、少量透射鏡片。全反射鏡片的作用是將入射的光全部按原路徑反射回去,部分反射鏡片的作用是將能量未達(dá)到一定限度的部分光子按原路徑反射回去,而達(dá)到一定能量限度的光子則透射而出。這樣,透射而出的這部分光子就成為我們需要的,經(jīng)過(guò)放大了的激光;而被反射回工作介質(zhì)的光,則繼續(xù)誘發(fā)新一輪的受激輻射,光將逐漸被放大。因此,光在諧振腔中來(lái)回振蕩,造成連鎖反應(yīng),雪崩似的獲得放大,產(chǎn)生強(qiáng)烈的激光,直到能量達(dá)到一定的限度,從部分反射鏡片中輸出。
二、激光器的種類(lèi):
對(duì)激光器有不同的分類(lèi)方法,一般按工作介質(zhì)的不同來(lái)分類(lèi),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(lèi)。
1、固體激光器
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,除了前面介紹用紅寶石和玻璃外,常用的還有釔鋁石榴石(YAG)晶體中摻入三價(jià)釹離子的激光器,它發(fā)射1060nm的近紅外激光。固體激光器一般連續(xù)功率可達(dá)100W以上,脈沖峰值功率可達(dá)109W。
2、氣體激光器
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;以及能長(zhǎng)時(shí)間較穩(wěn)定地連續(xù)工作的有點(diǎn)。這也是目前品種最多、應(yīng)用廣泛的一類(lèi)激光器,占有市場(chǎng)達(dá)60%左右。其中,氦-氖激光器是最常用的一種。
3、半導(dǎo)體激光器
半導(dǎo)體激光器是以半導(dǎo)體材料作為工作介質(zhì)的。目前較成熟的是砷化鎵激光器,發(fā)射840nm的激光。另有摻鋁的砷化鎵、硫化鉻硫化鋅等激光器。激勵(lì)方式有光泵浦、電激勵(lì)等。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,特別適于在飛機(jī)、車(chē)輛、宇宙飛船上用。在70年代末期,由于光纖通訊和光盤(pán)技術(shù)的發(fā)展大大推動(dòng)了半導(dǎo)體激光器的發(fā)展。
4、液體激光器
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。利用不同染料可獲得不同波長(zhǎng)激光(在可見(jiàn)光范圍)。染料激光器一般使用激光作泵浦源,例如常用的有氬離子激光器等。液體激光器工作原理比較復(fù)雜。輸出波長(zhǎng)連續(xù)可調(diào),且覆蓋面寬是它的優(yōu)點(diǎn),使它也得到廣泛應(yīng)用。
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