欣天激光向您介绍固体激光器的详细细节

浪起激光2013-05-1856414

固体激光器用固体激光资料作为作业物质的激光器。1960年,T.H.梅曼创造的红宝石激光器即是固体激光器,也是世界上第一台激光器。固体激光器通常由激光作业物质、鼓励源、聚光腔、谐振腔反射镜和电源等有些构成。
这类激光器所选用的固体作业物质,是把具有能发生受激发射效果的金属离子掺入晶体而制成的。在固体中能发生受激发射效果的金属离子首要有三类:(1)过渡金属离子(如Cr3+);(2)大多数镧系金属离子(如Nd3+、Sm2+、Dy2+等);(3)锕系金属离子(如U3+)。这些掺杂到固体基质中的金属离子的首要特点是:具有比较宽的有用吸收光谱带,比较高的荧光功率,比较长的荧光寿数和比较窄的荧光谱线,因此易于发生粒子数回转和受激发射。用作晶体类基质的人工晶体首要有:刚玉(NaAlSi2O6)、钇铝石榴石(Y3Al5,O12)、钨酸钙(CaWO4)、氟化钙(CaF2)等,以及铝酸钇(YAlO3)、铍酸镧(La2Be2O5)等。用作玻璃类基质的首要是优质硅酸盐光学玻璃,例如常用的钡冕玻璃和钙冕玻璃。与晶体基质比较,玻璃基质的首要特点是制备便利和易于取得大尺度优质资料。关于晶体和玻璃基质的首要要求是:易于掺入起激活效果的发光金属离子;具有杰出的光谱特性、光学透射率特性和高度的光学(折射率)均匀性;具有适于长时间激光作业的物理和化学特性(如热学特性、抗劣化特性、化学稳定性等)。晶体激光器以红宝石(Al2O3:Cr3+)和掺钕钇铝石榴石(简写为YAG:Nd3+)为典型代表。玻璃激光器则是以钕玻璃激光器为典型代表。
作业物质
固体激光器的作业物质,由光学通明的晶体或玻璃作为基质资料,掺以激活离子或其他激活物质构成。这种作业物质通常应具有杰出的物理-化学性质、窄的荧光谱线、强而宽的吸收带和高的荧光量子功率。
玻璃激光作业物质简单制成均匀的大尺度资料,可用于高能量或高峰值功率激光器。但其荧光谱线较宽,热功能较差,不适于高平均功率下作业。常见的钕玻璃有硅酸盐、磷酸盐和氟磷酸盐玻璃。80年代前期,研制成功折射率温度系数为负值的钕玻璃,可用于高重复频率的中、小能量激光器。
晶体激光作业物质通常具有杰出的热功能和机械功能,窄的荧光谱线,但取得优质大尺度资料的晶体成长技能杂乱。60年代以来已有 300种以上掺入各种稀土金属或过渡金属离子氧化物和氟化物晶体完成了激光振动。常用的激光晶体有红宝石(Cr:Al2O3,波长6943埃)、掺钕钇铝石榴石(Nd:Y3Al5O12,简称Nd:YAG,波长1.064微米)、氟化钇锂(LiYF4,简称YLF;Nd:YLF,波长1.047或1.05微米;Ho:Er:Tm:YLF,波长2.06微米)等。
1973年以来又有一类自激活激光晶体。它的激活离子是晶体的一个化学组分,因此激活离子浓度高,不致发生荧光猝灭。这种晶体的激光增益高,抽远阈值低。首要种类有五磷酸钕(NdP5O14)、四磷酸锂钕(NdLiP4O12)和硼酸铝钕(NdAl3(BO4)3)等。它们多用熔盐法成长,晶体尺度小,可用于小型固体激光器。
已研制成的还有多种具有宽带荧光特性的可调谐激光晶体,如终端声子跃迁的金绿宝石(Cr:BeAl2O4,波长0.701~0.815微米,室温作业)、掺镍氟化镁(Ni:MgF2,波长1.6~1.8微米,低温作业)、5d→4f 跃迁的掺铈氟化钇锂(Ce:YLF,波长0.306~0.315微米,用准分子激光器鼓励,室温作业)和碱卤化物的色心激光晶体(不掺杂或掺杂的氯化钾、氟化锂等,波长0.8~3.9微米,大多在低温下作业)。
鼓励源
固体激光器以光为鼓励源。常用的脉冲鼓励源有充氙亮光灯;接连鼓励源有氪弧灯、碘钨灯、钾铷灯等。在小型长寿数激光器中,可用半导体发光二极管或太阳光作鼓励源。一些新的固体激光器也有选用激光鼓励的。
固体激光器因为光源的发射光谱中只要一有些为作业物质所吸收,加上其他损耗,因此能量变换功率不高,通常在千分之几到百分之几之间。
特性
固体激光器可作大能量和高功率相干光源。红宝石脉冲激光器的输出能量可达千焦耳级。经调 Q和多级扩大的钕玻璃激光体系的最高脉冲功率达10瓦。钇铝石榴石接连激光器的输出功率达百瓦级,多级串接可达千瓦。
固体激光器运用Q开关技能(见光调制),能够得到纳秒至百纳秒级的短脉冲,选用锁模技能可得到皮秒至百皮秒量级的超短脉冲。
因为作业物质的光学不均匀性等缘由,通常固体激光器的输出为多模。若选用光学均匀性好的作业物质和采纳精心设计谐振腔等技能措施,可得到光束发散角挨近衍射极限的基横模(TEM00)激光,还可取得单纵模激光。
使用和趋势
固体激光器在军事、加工、医疗和科学研讨范畴有广泛的用处。它常用于测距、盯梢、制导、打孔、切开和焊接、半导体资料退火、电子器材微加工、大气检测、光谱研讨、外科和眼科手术、等离子体确诊、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鼓励源。
固体激光器的发展趋势是资料和器材的多元化,包含寻求新波长和作业波长可调谐的新作业物质,进步激光器的变换功率,增大输出功率,改进光束质量,紧缩脉冲宽度,进步可靠性和延伸作业寿数等。 

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