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激光器的构造及种类分析

  2020-10-23         Chris         7995

激光的产生必须选择合适的工作介质,可以是常体、液体、固体或半导体。在这种介质中可以实现粒子数反转,以制造获得激光的必要条件。

激光器的结构:
1、激光工作介质

   激光的产生必须选择合适的工作介质,可以是常体、液体、固体或半导体。在这种介质中可以实现粒子数反转,以制造获得激光的必要条件。而作为激光器的核心,是由激活粒子和基质两部分组成,激活粒子的能级结构决定了激光的光谱特性和荧光寿命等激光特性,基质主要决定了工作物质的理化性质。根据激活粒子的能级结构形式,可分为三能级系统与四能级系统。工作物质的形状目前常用的主要有四种:圆柱形、平板形、圆盘形及管状。

2、激励源

   为了使工作介质中出现粒子数反转,必须用一定的方法去激励原子体系,使处于上能级的粒子数增加。一般可以用气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发介质原子,称为电激励;也可用脉冲光源来照射工作介质,称为光激励;还有热激励、化学激励等。各种激励方式被形象化地称为泵浦或抽运。为了不断得到激光输出,必须不断地“泵浦”以维持处于上能级的粒子数比下能级多。

3、聚光系统

   聚光腔的作用有两个,一个是将泵浦源与工作物质有效的耦合;另一个是决定激光物质上泵浦光密度的分布,从而影响到输出光束的均匀性、发散度和光学畸变。工作物质和泵浦源都安装在聚光腔内,因此聚光腔的优劣直接影响泵浦的效率及工作性能。

   由全反射镜和部分反射镜组成,是固体激光器的重要组成部分。光学谐振腔除了提供光学正反馈维持激光持续振荡以形成受激发射,还对振荡光束的方向和频率进行限制,以保证输出激光的高单色性和高定向性。最简单常用的固体激光器的光学谐振腔是由相向放置的两平面镜或球面镜构成。

5、冷却与滤光系统

   冷却与滤光系统是激光器必不可少的辅助装置。固体激光器工作时会产生比较严重的热效应,所以通常都要采取冷却措施。主要是对激光工作物质、泵浦系统和聚光腔进行冷却,以保证激光器的正常使用及器材的保护。冷却方法有液体冷却、气体冷却和传导冷却,但目前使用最广泛的是液体冷却方法。要获得高单色性的激光束,滤光系统起了很大的作用。滤光系统能够将大部分的泵浦光和其他一些干扰光过滤,使得输出的激光单色性非常好。


 


 

激光器的类型:

1)红宝石激光器:
   最初的激光器是红宝石在明亮闪烁的灯泡激发下产生“脉冲激光器”,而不是连续稳定的光束。这种激光器产生的光束质量与我们今天使用的激光二极管产生的光束质量有本质上的不同。这种强光只能持续几纳秒,非常适合捕捉容易移动的物体,比如1967年首次拍摄的全息肖像。红宝石激光器需要昂贵的红宝石,并且只产生短暂的脉冲光。


2)氦氖激光器:

   氦氖激光器是一种气体激光器,常被全息摄影工作者使用。它有两个优点:

1. 产生连续激光输出

2、不用闪光灯作光激发,但用电激发气体。


3)激光二极管:

   激光二极管是目前最常用的激光器之一。二极管PN结两侧电子和空穴的自发结合以及发光的现象称为自发辐射。当自发辐射产生的光子通过半导体时,一旦它经过被发射的电子-空穴对附近,它就能刺激两者的结合产生新的光子。这种光子诱导受激载流子结合并释放出新的光子,称为受激辐射。当注入电流足够大时,就会形成与热平衡态相反的载流子分布,即粒子数反转。

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