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1、超快超强激光物理学第二讲第二讲激光器件及其技术激光器件及其技术主讲主讲：：蒋红兵蒋红兵北京大学物理学院现代光学研究所人工微结构和介观物理国家重点实验室中科院－北京大学联合超快光科学和激光物理中心第三届全国物理学研究生暑期学校超快超强激光物理学一激光发展史二激光原理三激光器件简介四激光技术第三届全国物理学研究生暑期学校超快超强激光物理学激光分类：1、工作介质气体激光器：He-Ne,Ar+,CO,CO,XeF,KrCl2固体激光器:Ruby,YAG,YLF,Ti:Sapphire染料激光器:DCM,R6G半导体激光：GaN,GaAs自由电子激光：电子在周期
2、静磁场中通过相干辐射2、激光特性连续脉冲（调Q、锁模）第三届全国物理学研究生暑期学校超快超强激光物理学l激光器三个主要部分：增益介质──激光工作物质上能级粒子数反转，提供受激放大谐振腔──选模，限制波形和提供反馈、增益提供稳定振荡泵浦源──提供能量，使粒子数反转，最后转化成激光能量器件介绍：气体激光器：He-Ne,,CO2固体激光器:Ruby,YAG,Ti:Sapphire染料激光器第三届全国物理学研究生暑期学校超快超强激光物理学气体激光器（增益介质为气体。可以是原子，分子或离子）He-Ne,原子激光器，CO分子激光器2He-Ne结构：放电管：毛细管电
3、极：阳极为钨针阴极为圆筒状铝或铝合金光学谐振腔一般为平凹腔凹面镜全反平面镜1-2%输出第三届全国物理学研究生暑期学校超快超强激光物理学He-Ne激光器能级图Ne激光下能级消激发1S到1S禁戒跃迁，管壁碰撞驰豫，所以用毛细管0第三届全国物理学研究生暑期学校超快超强激光物理学CO2激光器激光上下能级为电子基态的振转能级，能量转换效率高，输出功率大，波长较长，在远红外，9-11微米激发：直流辉光放电（1）电子碰撞激发（2）窜级跃迁激发（3）共振转移+N2第三届全国物理学研究生暑期学校超快超强激光物理学第三届全国物理学研究生暑期学校超快超强激光物理学第三届全国
4、物理学研究生暑期学校超快超强激光物理学激光器基本构造（普通密封型）（1）放电管，水冷管，储气回气管（2）电极冷阴极，其材料帮助CO+O---CO22（3）谐振腔大多采用大曲率半径的平凹腔（4）电源数万伏直流电源第三届全国物理学研究生暑期学校超快超强激光物理学选频9-11微米，相邻谱线间隔1-2cm-1,共有一百多条谱线振动能级寿命：微秒转动能级寿命：10-1微秒同一振动能级上各转动能级按波尔兹曼分布转动能级竞争效应，通常只能在几条强线上发生激光输出选频：光谱吸收型光学色散型第三届全国物理学研究生暑期学校超快超强激光物理学固体激光器工作物质：基质材料和掺
5、杂离子掺杂离子：三能级系统或四能级系统基质：晶体.掺杂离子取代晶体中的一种离子特点：晶体的各向异性，吸收特性与光的偏振态有关；离子能级受晶格场的影响玻璃掺杂浓度高，均匀缺点：热性能，机械性能较差谱线较宽（缺陷加宽）特点：掺杂离子浓度大，一般为1010-1020cm-3激光上能级寿命较长（亚稳态），一般10-3—10-4s储能大泵源：一般用光泵激励激光器组成：固体工作物质，谐振腔，泵源光源系统第三届全国物理学研究生暑期学校超快超强激光物理学第一台红宝石激光器第三届全国物理学研究生暑期学校超快超强激光物理学灯泵聚光腔固体激光棒灯侧向泵浦椭圆柱反射（漫反射）
6、腔冷却水管第三届全国物理学研究生暑期学校超快超强激光物理学掺钕钇铝石榴石Nd3+:YAGNd3+4f35s25p64f能级未满四能级系统YAG:YAlO3512（YO和AlO按23233：5克分子比）光学各向同性Nd3+代替Y3+第三届全国物理学研究生暑期学校超快超强激光物理学Nd3+4f35s25p64f能级未满不在最外层，受晶格场影响较小，电子-声子耦合较小，谱线窄第三届全国物理学研究生暑期学校超快超强激光物理学红宝石能级系统工作物质Cr3+Cr外层电子3d54s1Cr3+3d3基质材料：宝石（AlO),各向异性光学单轴晶体23Cr3+的3d3电子
7、在最外层，受基质晶格场的影响三能级系统第三届全国物理学研究生暑期学校超快超强激光物理学一般激光振荡只发生在R线1（粒子数多，荧光强）荧光寿命：3ms(室温下）线宽：11cm-1(室温下）第三届全国物理学研究生暑期学校超快超强激光物理学掺钛蓝宝石Ti3+掺入AlO单晶，取代Al3+23电-声耦合作用异常地强烈，使基Ti3+：1s22s22p63s23p63d1态和激发态能级分布范围很广，1个3d电子l=2,s=1/22l+1=5；5重简并吸收及辐射谱带很宽室温下激发态寿命3.3微秒受晶体内场的影响，能级分裂第三届全国物理学研究生暑期学校超快超强激光物理学
8、掺钛蓝宝石吸收：蓝绿光.对不同偏振吸收荧光光谱也有偏振特性截面不同。p增益峰值波长：795nm
