常用激光器工作原理.ppt

常用激光器与激光损伤阈值简介所有的光都是原子、分子能级变化所造成的。这些特定能级差别的吸收和释放都表现成为特定波长的光。光子射出的能量（焦耳）等于hν，其中h是普朗克常数，v是辐射的频率，这适用于激光和传统的发光系统。光辐射能量是在原子从高能态掉到低能态的时候放出。然而，一个原子想发光，首先必须吸收能量，使得低能态原子被打到高能态，这在激光领域叫做“泵浦，pump”。所有光包括自发和激光需要一定量的能量吸收。
综述.激光器发光原理粒子自发地从高能级跃迁到低能级，同时发出一个光子，这一过程叫做自发辐射。显然，没有哪个自发辐射光源能达到激光光源的光谱质量。这是因为传统光源是系统处在各种能级都有的杂乱辐射状态。传统光源的基本特征是宽光谱分布，随机极化，圆形和不规则的波阵面和较低的色温。
激光的发射原理不同于常规光，不是各种能级加在一起的自发辐射产生的，而是受激发射，各种能级的原子被泵浦到较高的一个激发态上，由于维持的时间总体正态分布，大部分原子都在一段极短的时间内掉到同一个较低的能态上，这种发射方式导致光处在几乎一致的能量水平，也就是我们平常所说的激光单色性
光谱能被吸收后，会导致原子由低能级向高能级跃迁，部分跃迁到高能级的原子又会跃迁到低能级并释放出相同频率单色光谱，但所释放的光谱并无固定方向与相位，所以尚无法形成激光。一.氦-氖(He-Ne)激光器1.He-Ne激光器的四能级系统一.固体激光器的基本结构与工作物质工作物质(掺钕钇铝石榴石)晶体是综合性能最优良的固体激光材料。Nd:YAG激光棒具有高增益、激光阈值低、功率高、1064光波吸收少、热传导性和热冲击性好，适用于多种工作方式（连续、脉冲、Q开关、锁模）常用于近远红外固体激光及其倍频、三倍频应用中，并广泛应用与科研、医疗、工业、军事等领域。激光器各系统的一些基本概念1.闪光灯
要产生激光的先决条件是有一束富含紫外和绿光的强光束照射到激光棒内，使得离子翻转密度达到阀值。一种被广泛使用的方法就是用脉冲氙灯做强光源。结构很简单，只要把氙灯的光投射到棒子上就可以了。2.反射镜组件
激光物质必须有特定的粒子结构使得粒子翻转群可以被激发到一定的密度，一般是一些晶体或者气体、液体。这些激光物质一般被放在两个镜子之间，使得能量能够经过多次来回反射而放大达到能够使用的级别。一面镜子是全反镜，反射几乎所有的光，也叫HR，一面镜子是半反镜，也叫输出镜，OC,一般反射20%到80%的光，激光在两个镜子之间多次往返放大后，从这里打出来一部分做输出。3.光学谐振腔
光在腔内传播相当于不断经过光阑，因此会引起衍射，使振幅和相位的空间分布发生畸变。最后当振幅和相位的空间分布达到稳定状态时，才从输出镜输出激光。
谐振腔的作用是选横模。横模是指在谐振腔的横截面内的激光光场的分布。横模阶数最低的是基模,基模有最小的光束半径、最小的光束发散角,是最理想的激光束。固体激光器如果不采取特殊限模措施,通常都是多横模振荡。因此欲获得理想的激光束,必须精心设计谐振腔,使其为单横模输出。
横模选择目前常用的技术是孔径选模和非稳腔选模,孔径选模的方法如凹凸谐振腔小孔选模等。

4.固体激光器的泵浦系统5.调Q开关
最简单的q开关就是一个马达连着一个镜子，没对准的时候没有来回往复的光，可以让高能态粒子的数量慢慢的聚集增多，在对准的瞬间释放，达到很窄而功率很大的脉冲。
工业上用的比较多的有电光调Q、声光调Q等方式做的q开关，用在进一步压缩脉冲激光的脉冲或者使连续半导体泵浦的激光晶体输出峰值功率很高的脉冲激光，方便打标、切割。YAG激光器的工作原理固体激光器的输出特性3.激光器输出光束的稳定性:
YAG激光器的总体效率只有百分之几,其余绝大部分输入能量都转换为泵灯、YAG棒和聚光器温度升高的热能。为了维持激光器件正常工作,必须采取强迫冷却措施。冷却方法常用的有液体冷却、气体冷却和传导冷却等,其中液体冷却最常用。
泵灯所辐射的光只有一小部分被激活离子吸收,其余部分或者逃逸掉或者成为有害辐射。主要危害是使YAG棒发热造成不良的热效应。
各支架和反射镜调整机构应的牢靠性，机械振动对输出功率的稳定性也有影响。4偏振特性:
输出激光的偏振特性主要取决于工作物质是各向异性,还是各向同性。另外,若谐振腔中含有偏振元件,激光输出也具有偏振性。YAG晶体是各向异性晶体,本不具有偏振性,但当谐振腔中含有偏振元件,激光输出也具有偏振性。实验室的YAG激光器谐振腔中含有调Q晶体和λ/4波片两个偏振元件,激光输出具有偏振性。激光损伤阈值激光损伤阈值激光损伤阈值谢谢。