1-3激光器的基本组成及典型激光器介绍PPT格式课件下载.ppt
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理学院物理系2022年10月17日2022年10月17日1-3典型激光器简介典型激光器简介粒子数的正常分布?
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。
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把大量的粒子从低能级“搬运搬运”到高能级的过程,称到高能级的过程,称为泵浦或激励;
为泵浦或激励;
“搬运搬运”粒子的工具粒子的工具“光泵光泵”泵浦系统为实现粒子数反转提供外界能量泵浦系统为实现粒子数反转提供外界能量(Apumpingprocess(Apumpingprocessisrequiredtoexciteatomsinthelasermediumintotisrequiredtoexciteatomsinthelasermediumintotheirhigherquantum-mechanicalenergylevels.)heirhigherquantum-mechanicalenergylevels.)2、泵浦系统泵浦系统粒子搬迁的动力粒子搬迁的动力理学院物理系2022年10月17日2022年10月17日1-3典型激光器简介典型激光器简介激励不仅要快,还有强有力;
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生受激辐射所需要的最小激励能量称为激光器的阈激光器的阈值(值(threshold);
);
激励方式(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。
子碰撞激励方法。
理学院物理系2022年10月17日2022年10月17日1-3典型激光器简介典型激光器简介光激励光激励-用光照射工作物质,工作物质吸收光能后产生粒子用光照射工作物质,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;
数反转,可采用高效率、高强度的发光灯、太阳能和激光;
放电激励放电激励-在放电过程中,气体分子(或原子,离子)与被在放电过程中,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;
粒子数反转;
热能激励热能激励-用高温加热方式使高能级上气体粒子数增加,然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;
使粒子数反转;
化学能激励化学能激励利用化学应过程中释放的能量来激励粒子,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;
发措施,如采用光引发、电引发、化学引发等方式;
核能激励核能激励用核裂变反应放出的高能粒子、放射线或裂变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,也可实现粒子数反转;
碎片等来激励工作物质,也可实现粒子数反转;
理学院物理系2022年10月17日2022年10月17日1-3典型激光器简介典型激光器简介谐振腔的作用:
谐振腔的作用:
模式选择、提供轴向光波模的模式选择、提供轴向光波模的反馈,产生光放大;
反馈,产生光放大;
谐振腔的组成:
谐振腔由谐振腔由全反射镜全反射镜和和部分反射部分反射镜(输出反射镜)镜(输出反射镜)组成,激光由部分反射镜输组成,激光由部分反射镜输出。
根据实际情况选用稳定腔、非稳腔或临界出。
根据实际情况选用稳定腔、非稳腔或临界稳定腔。
稳定腔。
3、谐振腔:
谐振腔:
形成激光振荡的必要条件;
对输出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。
的模式、功率、光束发散角等均有很大影响。
理学院物理系2022年10月17日2022年10月17日1-3典型激光器简介典型激光器简介工作物质形态工作物质形态-可以分为气体、固体、半导可以分为气体、固体、半导体、液体等;
体、液体等;
工作方式工作方式-连续工作连续工作(CWorcontinuouswavelasers)和脉冲工作和脉冲工作(Pulsedlasers);
激光技术激光技术-调调Q激光器激光器(Q-switchedlasers)、锁模激光器、锁模激光器(Modelockedlasers)、倍频激、倍频激光器光器(Frequencydoublinglasers)、可调谐激、可调谐激光器光器(Tunablelasers)、单模和多模激光器、单模和多模激光器(Single-modeandMulti-modelasers)等。
等。
二、激光器的分类二、激光器的分类理学院物理系2022年10月17日2022年10月17日1-3典型激光器简介典型激光器简介产生激光作用的物质产生激光作用的物质所采用的物质所采用的物质典型代表典型代表原子原子未电离的气体原子未电离的气体原子氦、氖、氩、氪、氦、氖、氩、氪、氙、氧、溴、碘、氙、氧、溴、碘、氮、硫、碳、铯、氮、硫、碳、铯、镉、铜、锰、锡等镉、铜、锰、锡等金属原子蒸气金属原子蒸气He-Nelaser分子分子准分准分子子未电离的气体分子未电离的气体分子CO2、N2、O2、CO、N2O和水蒸气等和水蒸气等CO2和和N2工作气体在常态下为原子,当激工作气体在常态下为原子,当激发时,可暂时形成寿命很短的分发时,可暂时形成寿命很短的分子,称为准分子子,称为准分子Ar2*、Xe2*、XeF*、KrF*、ArF*、XeCl*、XeBr*、XeQ*、KrQ*等等KrF*、ArF*离子离子利用电离后气体离子产生激光利用电离后气体离子产生激光作用作用惰性气体离惰性气体离子和金子和金属蒸气离子属蒸气离子氩离子(氩离子(Ar+)、氦)、氦镉(镉(He-Cd)离子激)离子激光器光器
(1)
(1)气体激光器气体激光器:
以气体或金属蒸气为发光粒子以气体或金属蒸气为发光粒子理学院物理系2022年10月17日2022年10月17日1-3典型激光器简介典型激光器简介气体激光器的激励方式很多,最普通的激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。
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、激励方式最到亚毫米波。
是目前种类最多、激励方式最多样化、激光波长分布区域最宽、应用最广多样化、激光波长分布区域最宽、应用最广泛的一类激光器。
泛的一类激光器。
理学院物理系2022年10月17日2022年10月17日1-3典型激光器简介典型激光器简介氦一氖气体激光器:
氦一氖气体激光器:
原子激光器类原子激光器类,1961年实年实现激光输出,多采用连续工作方式,输出功率与现激光输出,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,(发放电毛细管长度有关;
输出激光方向性好,(发散角达散角达1mrad以下),单色性好(以下),单色性好(可小于可小于20Hz),输出功率和波长能控制得很稳定),输出功率和波长能控制得很稳定;
He-Ne激光器的激光器的结构形式结构形式很多,但都是由很多,但都是由激光激光管和激光电源管和激光电源组成。
激光管由放电管、电极和光组成。
激光管由放电管、电极和光学谐振腔组成,放电管是学谐振腔组成,放电管是He-Ne激光器的心脏,激光器的心脏,是产生激光的地方,放电管通常由毛细管和贮气是产生激光的地方,放电管通常由毛细管和贮气室构成。
室构成。
He-Ne(氦氦-氖氖)激光器激光器(helium-neongaslaser)理学院物理系2022年10月17日2022年10月17日1-3典型激光器简介典型激光器简介由于增益低,谐振腔一般用由于增益低,谐振腔一般用平凹腔平凹腔;
放电管中充入一定比例的氦(放电管中充入一定比例的氦(He)、氖)、氖(Ne)气体,当电极加上高电压后,毛细管)气体,当电极加上高电压后,毛细管中的气体开始放电使氖原子受激,产生粒子中的气体开始放电使氖原子受激,产生粒子数反转,数反转,产生激光跃迁的是产生激光跃迁的是Ne气气,He是辅是辅助气体,用以提高助气体,用以提高Ne原子的泵浦速率原子的泵浦速率;
最强的谱线有三条:
0.6328m(红色)(红色)、3.39m和和1.15m,常用的为,常用的为0.6328m四能级系统四能级系统.理学院物理系2022年10月17日2022年10月17日1-3典型激光器简介典型激光器简介
(2)固体激光器)固体激光器(Solid-statelasers)激光介质激光介质:
由掺杂于固体基质中的金属离子由掺杂于固体基质中的金属离子(也称激活离子)和基质所组成。
工作物质的(也称激活离子)和基质所组成。
工作物质的物理、化学性能主要取决于基质材料,它的光物理、化学性能主要取决于基质材料,它的光谱特性主要由激活离子的能级结构决定,但受谱特性主要由激活离子的能级结构决定,但受基质材料的影响,光谱特性将有所变化,有的基质材料的影响,光谱特性将有所变化,有的甚至变化很大。
甚至变化很大。
可作激活离子的元素可作激活离子的元素有四大类:
过渡族金属有四大类:
过渡族金属离子、三价稀土金属离子、二价稀土金属离子离子、三价稀土金属离子、二价稀土金属离子、锕系离子,覆盖的波长、锕系离子,覆盖的波长2753022nm。
理学院物理系2
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- 激光器 基本 组成 典型 介绍