激光器的基本组成及典型激光器介绍

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1、理学院物理系§1-3典型激光器简介15七月2021一、激光器的基本组成（Essentialelementsofalaser)☞激光工作物质Alasermedium（核心部分）☞泵浦系统Apumpingprocess（光能、电能、原子能、化学能）☞光学谐振腔Asuitableopticalfeedbackelements理学院物理系15七月2021§1-3典型激光器简介☞激励只是一个外部条件，激光的产生还取决于合适的工作物质。☞二能级系统能否实现粒子数反转???☞亚稳能级：需要一个可以有较长寿命且能贮存大量粒子的能级，经过不断激发，粒子数反转就能实现，这样的能级称为“亚稳能级”。☞可能实现粒子

2、数反转分布的系统可归结为三能级系统和四能级系统。1、工作物质——激光产生的内因，实现粒子数反转和产生光的受激辐射作用的物质体系。理学院物理系15七月2021§1-3典型激光器简介粒子数的正常分布？处于低能级上的粒子数在热平衡情况下总是多于高能级上的粒子数，受激吸收占优势。粒子数的反转分布？高能级上的粒子数大于低能级上的粒子数。如何实现粒子数反转？把大量的粒子从低能级“搬运”到高能级的过程，称为泵浦或激励；“搬运”粒子的工具－“光泵”泵浦系统为实现粒子数反转提供外界能量(Apumpingprocessisrequiredtoexciteatomsinthelasermediumintothei

3、rhigherquantum-mechanicalenergylevels.)2、泵浦系统—粒子搬迁的动力理学院物理系15七月2021§1-3典型激光器简介☞激励不仅要快，还有强有力；☞激励作用是通过消耗一定的能量来实现的，产生受激辐射所需要的最小激励能量称为激光器的阈值（threshold）；☞激励方式（Practicallasermaterialscanbepumpedinmanyways.）：光、电、化学、原子能；☞根据不同激光工作物质的不同而异。如固体工作物质常用强光照射激励，简称光激励；气体工作物质吸收光谱多在紫外波段，多采用气体放电的电子碰撞激励方法。理学院物理系15七月2021

4、§1-3典型激光器简介光激励---用光照射工作物质，工作物质吸收光能后产生粒子数反转，可采用高效率、高强度的发光灯、太阳能和激光；放电激励---在放电过程中，气体分子（或原子，离子）与被电场加速的电子碰撞，吸收电子能量后跃迁到高能级，形成粒子数反转；热能激励---用高温加热方式使高能级上气体粒子数增加，然后突然降低气体温度，因高、低能级的热驰豫时间不同，可使粒子数反转；化学能激励——利用化学应过程中释放的能量来激励粒子，建立粒子数反转。为产生化学反应，一般还需采用一定的引发措施，如采用光引发、电引发、化学引发等方式；核能激励——用核裂变反应放出的高能粒子、放射线或裂变碎片等来激励工作物质，也

5、可实现粒子数反转；理学院物理系15七月2021§1-3典型激光器简介谐振腔的作用：模式选择、提供轴向光波模的反馈，产生光放大；谐振腔的组成：谐振腔由全反射镜和部分反射镜（输出反射镜）组成，激光由部分反射镜输出。根据实际情况选用稳定腔、非稳腔或临界稳定腔。3、谐振腔：形成激光振荡的必要条件；对输出的模式、功率、光束发散角等均有很大影响。理学院物理系15七月2021§1-3典型激光器简介工作物质形态---可以分为气体、固体、半导体、液体等；工作方式---连续工作(CWorcontinuouswavelasers)和脉冲工作(Pulsedlasers)；激光技术---调Q激光器(Q-switche

6、dlasers)、锁模激光器(Modelockedlasers)、倍频激光器(Frequencydoublinglasers)、可调谐激光器(Tunablelasers)、单模和多模激光器(Single-modeandMulti-modelasers)等。二、激光器的分类理学院物理系15七月2021§1-3典型激光器简介(1)气体激光器:以气体或金属蒸气为发光粒子理学院物理系15七月2021§1-3典型激光器简介•气体激光器的激励方式很多，最普通的激励方式是气体放电激励。•气体激光器的工作物质种类多，又能采用多种激励方式，所以覆盖的波段宽，从紫外到亚毫米波。是目前种类最多、激励方式最多样化、

7、激光波长分布区域最宽、应用最广泛的一类激光器。理学院物理系15七月2021§1-3典型激光器简介•氦一氖气体激光器：原子激光器类，1961年实现激光输出，多采用连续工作方式，输出功率与放电毛细管长度有关；输出激光方向性好，（发散角达1mrad以下），单色性好（可小于20Hz），输出功率和波长能控制得很稳定;•He-Ne激光器的结构形式很多，但都是由激光管和激光电源组成。激光管由放电管、电极和光学谐振腔组成