固体激光器的特点及应用毕业论文(编辑修改稿)

固体激光器的特点及应用毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

得粒子束反转以及保持这种状态提供体检，进而使得光 放大然后输出。 这类激光器的结构如下图 所示： 1） 工作物质 工作物质是激光器 能够产生 作用 不可缺少 的关键 构成成员 ，它 包括 激活粒子和基质 两种构成成分。 激光中的很多重要的性能参数都是由激活粒子能级构造作用而成，基质主要是对物质的性能产生影响。 2）泵浦系统 泵浦系统工作的时候需要的前提工作条件 有两个必要条件 ：一是泵浦的发光效率一定要满足系统的运行；二是对于 受激 辐射光的属性 一定 要和工作物质的光谱 属性 相一致。 我们还有经常使用的泵浦源有：太阳能、惰性气体等和 LD 等。 现在惰性气体是最经常使用的泵浦源，而在小型的功 率器件中太阳能 这 类的泵浦源经常用到，现在我们 在 这方面的 科研项目 正在 朝着 LD 泵浦 的 方向 迈进 ， 它的 优 良特点格外的清晰 ：具有很强的光转换率、功率大、稳定性好、安全可靠、使用时间长以及体积小等，现在它已经是固体激光发展中最有发展前景的泵浦源。 LD 激光器可以分为端面、侧面、边面以及混合泵等分类形式 [5]，图 为端面和侧面的泵浦结构图。 ` 8 3） 聚光系统 该部分主要有以下两个功能：首先 为 把工作物质和泵浦 系统这两个重要部分结合起来 ；第二个功能则是对于工作物质的光密度排列方式起着决定作用，进而可以对光束的各种参数性能指 标进行干扰。 聚光腔内由工作物质以及泵浦源组成，所以泵浦的性能好坏影响程度主要受到聚光腔的影响。 现在一些比 较 小的固体激光器常常采用如图 所示的椭圆形腔。 图 椭圆形聚光腔 4） 光学谐振腔 反射镜是 固体激光器非常重要的构成成员，反射镜 的主要 作用 是通过保持激光的连续振荡形式来完成激光发生，而且对于光束的振动方向以及频率予以约束，从而达到激光的高性能指标参数。 5）冷却与滤光系统 这一部分是 激光器中最 不能没有 的辅导 设备。 由于固体激光器在 发生作用时容易 造成 非常 剧烈 的热效应，故一般必须 使用 冷却 的方法。 为了使 得激光器和其` 9 他构件的安全，我们一般都是通过对工作物质、泵浦系统以及聚光腔的降温冷却来实现对其的保护作用。 现在的冷却有液体、气体和传导三种方法，但是液体冷却法是现在最喜欢使用的一种。 在高单色性能的光获取过程中，滤光系统起了重要的作用，它的作用原理是能够把泵浦光中的大部分或者有影响的光能够成功的去除，从而能够获得高单色性能的光。 典型的固体激光器 随着这类技术多年的成长积累，现在固体激光器的类型更是各种各样都有，但是我们最经常使用的主要还是泵浦源为红宝石、掺钕钇铝石榴石或者二极管的固体激光器以及可调谐固体 激光器等这几类。 红宝石激光器（ Cr3+:Al2O3） 红宝石是掺有 一小部分 Cr3+离子的蓝宝石（ Al2O3）， 这类 激光器的工作物质是红宝石晶体（ Cr3+:Al2O3） , 其中 Cr3+是 用来 发光的激活粒子， 它属于三能级系统，决定着输出激光的光谱特性； 而 Al2O3是基质晶体 [6]。 如下图 为红宝石中铬离子的能级结构。 这类激光器具有如下的优点： 1）激光器机械硬度大、稳定性较好，能够接受功率密度较大的激光，而且生产的光的尺寸也较大； 2）使用时间 长 ，内存大，能够有大能量的激光发射； 3）激光频谱较大，能够轻易的获得高能量的单膜； 4）它的性能稳定、可以输出波长为 400~760nm 的光。 在我们实际的工程领域，这类激光器具有较好的市场，因为大多数的传感器能够响应的波长在可见光处，并且很多的稀土类四能级的工作波长也都是处于` 10 400~760nm 附近。 当然 我们生活中的各种事物皆有它的长处和缺陷 ， 它 也难免会有缺点：首先它是三能级的构造， 因此所需要 构建的阈值 比其它的 较大；其次 红宝石 的 特性目标 对于温度 非常的 敏感；然后，对于它的激发频率比较低，这就导致了它能够长时间的工作；发散角输出通常 在三到十毫弧 这个范围内 ， 稍微偏大。 如下图 所示，这是我国首台红宝石激光器，这台激光器在光的激发形式上，处于世界级领先水平。 掺钕钇铝石榴石激光器（ Nd3+:YAG） 这类是四能级系统的激光器，它的工作效率较高，使用时间长以及工作的阈值较低，输出的波长较低，所以能够长时间的进行工作。 这种类型的构造和前文介绍的那一类型 的构造 本质上是相似的。 由于它的工作物质和与其对 应 的光泵不同，所以能够实现长时间的工作。 这类激光器的晶体是以 YAG 为基础材质，混入适当的 Nd3+共同组成了晶体结构。 这种 晶体 有许多优良特性 ，例如 ：热的传导效率较快，这样就对激光器的连续工作 创造 了 非常好 的 基础 ；三价稀土离子的钇铝石榴石晶体具有 1970℃的熔点，能够承受较大的辐射；它的荧光宽度仅为 ，所以它的工作阈值较小；荧光量子的工作效率可近似接近于 1， 成为了 现在 的 固体激光器 内极其 优秀的工作物质。 它通常把 氪灯 当作是 泵浦光源。 氪灯与氙灯的构造基本相同，区别是它的灯管内充有大气压为 2 到 4 的氪气。 该 一 类 晶体是属于 四级能系统， 它能够 通过荧光发射 而 产生激光 以 及三价 的稀土离子，图 所示为该类激光器的能级构造图。 在实现 4F3/2－ 4I11/ 4F3/2－ 4I13/ 4F3/2－ 4I9/2 能级间跃迁时， 生成了三条不` 11 同的荧光谱线，由下图 所示， 其中 的谱线能量 要比其它两条的大。 所以 首先达到阈值形成激光振荡。 图 3Nd :YAG 能级结构 掺铒钇铝石榴石激光器（ Er:YAG） 最近几年，由于这类激光器的波长比较独特，引起了科学家的广泛关注，并且在医学应用方面也取得了较大的应用，对于未来的发展有很好的前景。 这类 激光 器的基本结构与 Nd3+:YAG 激光器 的类 似， 一般是利用 脉冲氙灯 作为泵浦源 ，聚光腔 是 镀银的单椭圆 柱腔或双椭圆柱腔， 不过它的 光学元件 必须 与水蒸气隔离（ 不隔离 激光束将破坏）， 所以必须 将激光器密闭在干燥的容器之中 [7]。 它具有较高的光学性能、较小的损耗，而且激光输出方面比较的 高 ，物理化学性能较稳定， 能特别高效的去掉硬组织。 如下图 所示 为激光 输出 波长为 微米的 Er:YAG 激光跃迁能级图。 图 Er:YAG 激光跃迁能级图 ` 12 可调谐固体激光器 这 一 类激光器也 具备了比 较多 的优异的特点 ： 它的 内存 较大，能够 使 储存时间 较大 ；其使用时间 长 ； 在 闪光灯或者 LD 泵 浦时我们获得的 效果 将非常 明显；在调 Q 的情形下也能够正常运转；产生光束性能 好 ，并且谐波的产生能力也较好。 可调谐固体激光器指的是在 特定的条件下 ，能够使输出波长连续改变的固体激光。