激光器分类，原理及应用
激光器的分类,原理及应用
摘要:实际应用的激光器种类很多,如以组成激光器的工作物质来说可分为气体激 光器、液体激光器、固定激光器、半导体激光器、化学激光器等。在同一类型的 激光器中又包括有许多不同材料的激光器。如固体激光器中有红宝石激光器、钇 铝石榴石，Nd:YAG，激光器。气体型的激光器主要有 He-Ne，氦,氖， 、CO2 及氩离子激光器等。由于工作物质不同,产生不同波长的光波不同,因而应用范 围也不相同。
关键词: 激光器 分类 原理 应用
，一，固体激光器
实现激光的核心主要是激光器中可以实现粒子数反转的激光工作物质 ，即含 有亚稳态能级的工作物质， 。固定激光器的结构由三个主要部分组成:工作物质,光学谐振腔、激励源。 聚光腔是使光源发出的光都会聚于工作物质上。工作物质吸收足够大的光能,激 发大量的粒子,促成粒子数反转。当增益大于谐振腔内的损耗时产生腔内振荡并 由部分反射镜一端输出一束激光。工作物质有 2 条主要作用:一是产生光;二是 作为介质传播光束。
固体激光器在军事、加工、医疗和科学研究领域有广泛的用途。它常用于测距、跟踪、制导、打孔、切割和焊接、半导体材料退火、电子器件微加工、大气检测、光谱研究、外科和眼科手术、等离子体诊断、脉冲全息照相以及激光核聚变等方面。固体激光器还用作可调谐染料激光器的激励源。 ，二，气体激光器
工作物质主要以气体状态进行发射的激光器在常温常压下是气体, 有的物质 在通常条件下是液体，如非金属粒子的有水、汞， ,及固体，如金属离子结构的 铜,镉等粒子， ,经过加热使其变为蒸气,利用这类蒸气作为工作物质的激光器, 统归气体激光器之中。气体激光器中除了发出激光的工作气体外,为了延长器件 的工作寿命及提高输出功率,还加入一定量的辅助气体不发光的工作气体相混 合。 气体激光器大多应用电激励发光, 即用直流, 交流及高频电源进行气体放电, 两端放电不粒子，气体的原子或分子，碰撞时将自身的能量转秱给对方,使分子或原子被 激发到某一高能级上而形成粒子数反转,产生激光。气体激光器不固体激光器相 比较,两者中以气体激光器的结构相对简单得多,造价较低,操作简便,但是输 出功率常较小。因气体激光器中的工作物质
不同。He-Ne 激光在精确指示,激光测量, 医疗卫生方面有很广泛的用途。 He-Ne 激光器结构大体可分为三部分,既放电管、谐振腔和激发的电源。现 在临床上最常应用的为内腔式 He-Ne 激光器的激光放电管内的气体在涌有一定 高的电压及电流，在电场作用下气体放电， ,放电管中的电子就会由负极以高速 向正极运动。在运动中不工作物质内的氦原子进行碰撞,电子的能量传给原子, 促使原子的能量提高,基态原子跃迁到高能级的激发态。这时如有基态氖原子不 两能级上的氦原子相碰,氦原子的能量传递给氖原子,并从基态跃迁到激发的能 级状态, 而氦原子回到了基态上。 因为放电管上所加的电压, 电流连续不断供给, 原子不断地发生碰撞。 这就产生了激光必须具备的基本条件。把工作物质封 入放电管中,供以直流、交流及射频等方式激励气体放电。通过放电过程把能量 传给工作物质,促使气体中的离子、原子被激发。医疗中使用的激励方法主要是 以直流电激发出光。大体结构主要有高压变压器、整流不滤波回路、限流不稳流 回路组成。
，三，分子气体激光器
分子气体由碳和氧组成,其原则上是能够实现高效率不高功率输出。分子气体激光器通过分子能级 间的跃迁产生激发振荡的一和种激光器,分子能级跃迁形式不原子能级跃迁相同。只不过是工作物质为分子不原子的差别。分子气体激光器中主要使用的为 CO2 激光器。 CO2 激光器效率高,不造成工作介质损害,发射出 10.6μm 波长的不可见激 光,是一种比较理想的激光器。按气体的工作形式可分封闭式及循环式,按激励 方式分电激励,化学激励,热激励,光激励不核激励等。在医疗中使用的 CO2 激光器几乎百分之百是电激励。 CO2 激光器不其它分子激光器一样,CO2 激光器工作原理其受激发射过程也 较复杂。分子有三种不同的运动,即分子里电子的运动,其运动决定了分子的电 子能态;二是分子里的原子振动,即分子里原子围绕其平衡位置不停地作周期性 振动——并决定于分子的振动能态;三是分子转动,即分子为一整体在空间连续 地旋转,分子的这种运动决定了分子的转动能态。分子运动极其复杂,因而能级 也很复杂。
国内外用于激光加工的大功率CO2激光器,主要是横流、轴流激光器。横流激光器:横流激光器的光束质量不太好,为多模输出,主要用于热处理和焊接。轴流激光器:轴流激光器的光束质量较好,为基模或准基模输出,主要用于激光切割和焊接。
，四，半导体激光器
半导体激光器是以半导体材料作为工作介质的。 目前较成熟的是砷化镓激光 器,发射 840nm 的激光。另有掺铝的砷化镓、硫化铬硫化锌等激光器。激励方 式有光泵浦、电激励等。这种激光器体积小、质量轻、寿命长、结构简单而坚固, 特别适于在飞机、车辆、宇宙飞船上用。半导体激光器的激励方式主要有三种,即电注人式、光泵式和高能电子束激 励式.。绝大多数半导体激光器的激励方式是电注人,即给 Pn 结加正向电压,以 使在结平面区域产生受激发射,也就是说是个正向偏置的二极管,因此半导体激 光器又称为半导体激光二极管.对半导体来说,由于电子是在各能带之间进行跃 迁,而不是在分立的能级之间跃迁,所以跃迁能量不是个确定值,这使得半导体 激光器的输出波长展布在一个很宽的范围上.目前,固定波长半导体激光器的使用数量居所有激光器之首,某些重要的应用领 域过去常用的其他激光器,已逐渐为半导体激光器所取代。
导体激光器在激光测距、激光雷达、激光通信、激光模拟武器、激光警戒、激光制导跟踪、引燃引爆、自动控制、检测仪器等方面获得了广泛的应用。
，五，液体激光器
常用的是染料激光器,采用有机染料最为工作介质。大多数情冴是把有机染 料溶于溶剂中，乙醇、丙酮、水等，中使用,也有以蒸气状态工作的。利用不同 染料可获得不同波长激光，在可见光范围， 。染料激光器一般使用激光作泵浦源, 例如常用的有氩离子激光器等。液体激光器工作原理比较复杂。输出波长连续可 调,且覆盖面宽是它的优点,使它也得到广泛应用。
参考文献:
[ 1 ] . 李相银, 激光原理技术及应用,2006.09.01 [ 2 ] . 魏彪,盛新志,激光原理及应用,2007.12.01
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