激光原理5.1固体激光器的基本结构与工作物质
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图(5-2) 红宝石中铬离子的吸收光谱
➢红宝石激光器的优点和主要缺点 。
5.1.2 固体激光器的泵浦系统
1. 固体激光工作物质是绝缘晶体，一般都采用光泵浦激励。目前的泵浦 光源多为工作于弧光放电状态的惰性气体放电灯。泵浦光源应当满足两 个基本条件。 2. 常用的泵浦灯在空间的辐射都是全方位的，因而固体工作物质一般都 加工成圆柱棒形状，所以为了将泵浦灯发出的光能完全聚到工作物质上， 必须采用聚光腔。
1.在一个具有N个粒子相互作用的晶体中，每一个能级会分裂成为N个能级，因此 这彼此十分接近的N个能级好象形成一个连续的带，称之为能带，见图(5-23)。
图(5-23) 固体的能带
图(5-24) 本征半导体的能带
2. 纯净(本征)半导体材料，如单晶硅、锗等，在绝对温度为零的理想状态下，能 带由一个充满电子的价带和一个完全没有电子的导带组成，如图(5-24)。
图(5-26) PN能带
➢在P-N结上加以正向电压V时，形成结区的两个费米能级E
F
和E
F
，称为准费米能
级，如图(5-27)。
图(5-27) 正向电压V时形成的双简并能带结构
5.4.2 PN结和粒子数反转
2. 粒子数反转
➢产生受激辐射的条件是在结区的导带底部和价带顶部形成粒子数反转分布。
➢激光器在连续发光的动平衡状态，导带底电子的占据几率为
5.4.3 半导体激光器的工作原理和阈值条件
1. 半导体激光器的基本结构和工作原理 ➢图(5-28)示出了GaAs激光器的结构。
图(5-28) GaAs激光器的结构
2. 半导体激光器工作的阈值条件 ➢激光器产生激光的前提条件除了粒子数发生反转还需要满足阈值条件
Ga内21Llnr1r2
➢增益系数和粒子数反转的关系也取决于谐振腔内的工作物质
➢在最佳充气条件下，使输出功率 最大的放电电流叫最佳放电电流 ➢He-Ne激光器存在着最佳混合比 和最佳充气总压强，即存在最佳充 气条件。 ➢若放电毛细管的直径为d，充气 压强为p，则存在一个使输出功率 最大的最佳pd值。 ➢在最佳放电条件下，工作物质的 增益系数和毛细管直径d成反比。
图(5-11) 输出功率与放电电流的关系曲线
5.2.1 氦-氖(He-Ne)激光器
2. He-Ne激光器的输出特性
(1) 谱线竞争: He-Ne激光器三条强的激光谱线(0.6328m，1.15m， 3.39m)中哪一条谱线起振完全取决于谐振腔介质膜反射镜的波长选择。 见图(5-10) (2) 输出功率特性 : He-Ne激光器的放电电流对输出功率影响很大。图 (5-11)是实验测得的输出功率与放电电流的关系曲线
5.3.2 染料激光器的泵浦
1.闪光灯脉冲泵浦 ➢ 泵浦用闪光灯有两种结构，普通直管式和同轴式。
2.激光脉冲泵浦 ➢能够用于泵浦染料激光器的激光种类很多，主要有氮分子激光器(0.337m)， 红宝石激光器(0.6943m)，钕玻璃激光器(1.06m)，铜蒸气激光器(0.5106m、 0.5782m)，准分子激光器(主要在紫外区) 以及这些激光的二次、三次谐波等。 ➢图(5-19)是目前经常采用的三镜腔式染料激光器结构示意图。
5.2.3 Ar+离子激光器
1. Ar＋激光器的结构
➢Ar＋激光器一般由放电管、谐振腔、轴向磁场和回气管等几部分组 成。如图(5-14)所示为石墨放电管的分段结构 。
图(5-14) 分段石墨结构Ar+激光器示意图
2. Ar＋激光器的激发机理
5.2.3 Ar+离子激光器
2. Ar＋激光器的激发机理 ➢Ar＋激光器与激光辐射有关的能级结构如图(5-15)所示
3.图(5-6)所示的椭圆柱聚光腔是小型固体激光器中最常采用的聚光腔， 它的内表面被抛光成镜面，其横截面是一个椭圆。
4. 固体激光器的泵浦系统还要冷却和 滤光。常用的冷却方式有液体冷却、 气体冷却和传导冷却等，其中以液冷 最为普遍。
5.泵浦灯和工作物质之间插入滤光器件 滤去泵浦光中的紫外光谱。
图(5-6) 椭圆柱聚光腔
G ν 8 n c2 2 ν A 221fν8n 2 ν2 ct2 复合 fν
5.4.3 半导体激光器的工作原理和阈值条件
3.半导体激光器的阈值电流
➢在一定的时间间隔内，注入激光器的电子总数与同样时间内发生的电子与空穴 复合数相等而达到平衡
nLwd I t复合 e
Gν
nc2A21
8 2ν2
f
ν
nc2
图(5-8) 板条形固体激光器结构示意图
5.2.1 氦-氖(He-Ne)激光器
1. He-Ne激光器的结构和激发机理
➢ He-Ne激光器可以分为内腔式、外腔式和半内腔式三种，如图(5-9) 所示。
图(5-9) He-Ne激光器的基本结构形式
5.2.1 氦-氖(He-Ne)激光器
1. He-Ne激光器的结构和激发机理
图(5-16) Ar+激光器输出功率随放电电流变化曲线
5.3.1 染料激光器的激发机理
1. 染料分子能级 ➢染料分子能级图是如图(5-17)所示的准连续态能级结构。
图(5-17) 染料分子能级图
2. 染料分子的光辐射过程 ➢如图(5-18)所示染料的吸收-荧光光谱图
3. 染料分子的三重态“陷阱”
图(5-18) 染料的吸收-荧光光谱图
t PPoinut 1P Pitnh2p1Lcab1cou
t E Eoinut 1E Eitn h2p1Lcab1cou
5.1.4 新型固体激光器
1. 半导体激光器泵浦的固体激光器
➢半导体激光器泵浦固体激光器与闪光灯泵浦固体激光器相比有其主 要优点 ➢半导体激光器泵浦固体激光器的结构，有如图(5-7)(a)所示的端泵浦 方式和图(5-7)(b)所示的侧泵浦方式。
2.在半导体中产生光放大的条件是在半导体中存在双简并能带，并且入射光的频
率满足
EF EF hνEg
5.4.2 PN结和粒子数反转
1. P-N结的双简并能带结构 ➢把P型和N型半导体制作在一起，是否可能在结区产生两个费米能级呢？ ➢未加电场时，P区和N区的费米能级必然达到同一水平，如图(5-26)。
图(5-7) 半导体激光器泵浦固体激光器的结构示意图 2. 可调谐固体激光器
➢可调谐固体激光器主要有两类，一类是色心激光器，一类是用掺过 渡族金属离子的激光晶体制作的可调谐激光器。
5.1.4 新型固体激光器
3. 高功率固体激光器
➢高功率固体激光器主要是指输出平均功率在几百瓦以上的各种连续、 准连续及脉冲固体激光器，它一直是军事应用和激光加工应用所追求 的目标。 ➢从二十世纪七十年代起开始研制的板条形固体激光器，就是针对克 服工作物质中的热分布及其引起的一系列如折射率分布、应力双折射 等固有矛盾而提出的一种结构方案，其结构如图(5-8)所示。
5.1.1 固体激光器的基本结构与工作物质
1.固体激光器基本上都是由工作物质、泵浦系统、谐振腔和 冷却、滤光系统构成的。图5-1是长脉冲固体激光器的基本结 构示意图(冷却、滤光系统未画出)。
图5-1 固体激光器的基本结构示意图
5.1.1 固体激光器的基本结构与工作物质
2.红宝石激光器 ➢红宝石是在三氧化二铝(A12O3)中掺入少量的氧化铬(Cr2O3) 生长成的晶体。它的吸收光谱特性主要取决于铬离子(Cr3＋)， 如图5-2所示。它属于三能级系统，相应于图5-3的简化能 级模型
8 2ν2t复合
f
νGGf (νν)a内8cν221Lf2νlnν2erd1rJ2
J阈
a内
21Llnr1r2
8
22ed
c2
5.4.4 同质结和异质结半导体激光器
1 fN (E2 ) E2 EF
e kT 1
1
➢价带顶空穴的占据几率可以用P区的准费米能级来计算 fP (E1) EF E1
1 ➢价带顶电子占据几率则为 fN(E1)1fP(E1) E1EF
e kT 1
e kT 1
➢在结区导带底和价带顶实现粒子（电子）数反转的条件是
fN (E 2 ) fN (E 1 ) E F E F E 2 E 1 E g
3.热平衡时，电子在能带中的分布不再服从玻尔兹曼分布，而服从费米分布，能
级E被电子占据的几率为T 1
5.4.1 半导体的能带和产生受激辐射的条件
1.杂质半导体中费米能级的位置与杂质类型及掺杂浓度有密切关系。为了说明问 题，图(5-25)给出了温度极低时的情况。
图(5-25) 费米能级的位置与杂质类型及掺杂浓度关系
5.1.3 固体激光器的输出特性
1. 固体激光器的激光脉冲特性
➢一般的脉冲固体激光器产生的激光脉冲是由一连串不规则振荡的短 脉冲(或称尖峰)组成的，各个短脉冲的持续时间约为(0.11)m，各短 脉冲之间的间隔约为(510) s。泵浦光愈强，短脉冲数目愈多，其包 络峰值并不增加。
2. 转换效率
➢总体效率定义为激光输出与泵浦灯的电输入之比。对于连续激光器 (用功率描述)和脉冲激光器(用能量描述)分别表示为：
5.2.2 二氧化碳激光器
1. CO2激光器的结构和激发过程
➢图(5-12)是一种典型的结构示意图。构成CO2激光器谐振腔的两个反 射镜放置在可供调节的腔片架上，最简单的方法是将反射镜直接贴在 放电管的两端。
图(5-12) 封离式CO2激光器结构示意图
❖ 二 激氧光化 器碳 。激 放光 电器 管是 通以常是CO由2气玻体璃作或为石工英作材物料质制的成气，体里 面 气充，以 一般CO还2气有体少和量其的他氢辅或助氙气气体）（；主电要极是一氦般气是和镍氮制 空心圆筒；谐振腔的一端是镀金的全反射镜，另一 端是用锗或砷化镓磨制的部分反射镜。当在电极上 加高电压（一般是直流的或低频交流的），放电管 中产生辉光放电，锗镜一端就有激光输出，其波长 为10.6微米附近的中红外波段；一般较好的管子。 一米长左右的放电区可得到连续输出功率40～60瓦。
图(5-19) 三镜腔式染料激光器
5.3.3 染料激光器的调谐
1. 光栅调谐 ➢图(5-20)是一种光栅-反射镜调谐腔，放在腔中的光栅G具有扩束和色散作用。
2. 棱镜调谐
➢图(5-21)是一种折叠式纵向 泵浦染料激光器原理图，腔内 放置的棱镜是一种色散元件。
图(5-20) 光栅-反射镜调谐腔
图(5-21) 棱镜调谐腔
图(5-15) 与产生激光有关的Ar+的能级结构
5.2.3 Ar+离子激光器
2. Ar＋激光器的工作持性 (1)多谱线工作 ➢Ar＋激光器可以产生多条激光谱线，对应每条谱线都有一个阈值电流 (2)输出功率与放电电流的关系 ➢由于Ar＋激光器特殊的激发机制，其输出功率随放电电流的变化规律与其 它激光器有所不同，图(5-16)示出了其间的关系曲线。
➢图(5-10 )是与产生激光有关的Ne原子的部分能级图，Ne原子的激 光上能级是3S和2S能级，激光下能级是3P和2P能级。
➢He-Ne激光器是 典型的四能级系 统，其激光谱线 主要有三条 : ➢3S2P 0.6328 ➢2S2P 1.15 ➢3S3P 3.39
图(5-10) 与激光跃迁有关的Ne原子的部分能级图
5.2.2 二氧化碳激光器
1. CO2激光器的结构和激发过程
➢CO2激光器中与产生激光有关的CO2分子能级图如图(5-13)所示。
图(5-13) 与产生激光有关的CO2分子能级图
5.2.2 二氧化碳激光器
1. CO2激光器的输出特性 (1) 放电特性
➢相应于CO2激光器的输出功率，其放电电流有一个最佳 值。CO2激光器的最佳放电电流与放电管的直径，管内 总气压，以及气体混合比有关。
(2) 温度效应
➢CO2激光器的转换效率是很高的，但最高也不会超过40 ％，这就是说，将有60％以上的能量转换为气体的热能， 使温度升高。而气体温度的升高，将引起激光上能级的 消激发和激光下能级的热激发，这都会使粒子的反转数 减少。并且，气体温度的升高，将使谱线展宽，导致增 益系数下降。特别是，气体温度的升高，还将引起CO2 分子的分解，降低放电管内的CO2分子浓度。
5.3.3 染料激光器的调谐
3. 双折射滤光片调谐 ➢利用双折射滤光片调谐，是目前染料激光器广泛采用的调谐方法，国内外的 Ar＋激光、YAG倍频激光泵浦的染料激光器，都使用这种方法调谐。图(5－22) 给出的典型染料激光器就是利用双折射滤光片进行调谐的。
图(5-22) 典型染料激光器原理示意图
5.4.1 半导体的能带和产生受激辐射的条件
➢红宝石激光器的优点和主要缺点 。
5.1.2 固体激光器的泵浦系统
1. 固体激光工作物质是绝缘晶体，一般都采用光泵浦激励。目前的泵浦 光源多为工作于弧光放电状态的惰性气体放电灯。泵浦光源应当满足两 个基本条件。 2. 常用的泵浦灯在空间的辐射都是全方位的，因而固体工作物质一般都 加工成圆柱棒形状，所以为了将泵浦灯发出的光能完全聚到工作物质上， 必须采用聚光腔。
1.在一个具有N个粒子相互作用的晶体中，每一个能级会分裂成为N个能级，因此 这彼此十分接近的N个能级好象形成一个连续的带，称之为能带，见图(5-23)。
图(5-23) 固体的能带
图(5-24) 本征半导体的能带
2. 纯净(本征)半导体材料，如单晶硅、锗等，在绝对温度为零的理想状态下，能 带由一个充满电子的价带和一个完全没有电子的导带组成，如图(5-24)。
图(5-26) PN能带
➢在P-N结上加以正向电压V时，形成结区的两个费米能级E
F
和E
F
，称为准费米能
级，如图(5-27)。
图(5-27) 正向电压V时形成的双简并能带结构
5.4.2 PN结和粒子数反转
2. 粒子数反转
➢产生受激辐射的条件是在结区的导带底部和价带顶部形成粒子数反转分布。
➢激光器在连续发光的动平衡状态，导带底电子的占据几率为
5.4.3 半导体激光器的工作原理和阈值条件
1. 半导体激光器的基本结构和工作原理 ➢图(5-28)示出了GaAs激光器的结构。
图(5-28) GaAs激光器的结构
2. 半导体激光器工作的阈值条件 ➢激光器产生激光的前提条件除了粒子数发生反转还需要满足阈值条件
Ga内21Llnr1r2
➢增益系数和粒子数反转的关系也取决于谐振腔内的工作物质
➢在最佳充气条件下，使输出功率 最大的放电电流叫最佳放电电流 ➢He-Ne激光器存在着最佳混合比 和最佳充气总压强，即存在最佳充 气条件。 ➢若放电毛细管的直径为d，充气 压强为p，则存在一个使输出功率 最大的最佳pd值。 ➢在最佳放电条件下，工作物质的 增益系数和毛细管直径d成反比。
图(5-11) 输出功率与放电电流的关系曲线
5.2.1 氦-氖(He-Ne)激光器
2. He-Ne激光器的输出特性
(1) 谱线竞争: He-Ne激光器三条强的激光谱线(0.6328m，1.15m， 3.39m)中哪一条谱线起振完全取决于谐振腔介质膜反射镜的波长选择。 见图(5-10) (2) 输出功率特性 : He-Ne激光器的放电电流对输出功率影响很大。图 (5-11)是实验测得的输出功率与放电电流的关系曲线
5.3.2 染料激光器的泵浦
1.闪光灯脉冲泵浦 ➢ 泵浦用闪光灯有两种结构，普通直管式和同轴式。
2.激光脉冲泵浦 ➢能够用于泵浦染料激光器的激光种类很多，主要有氮分子激光器(0.337m)， 红宝石激光器(0.6943m)，钕玻璃激光器(1.06m)，铜蒸气激光器(0.5106m、 0.5782m)，准分子激光器(主要在紫外区) 以及这些激光的二次、三次谐波等。 ➢图(5-19)是目前经常采用的三镜腔式染料激光器结构示意图。
5.2.3 Ar+离子激光器
1. Ar＋激光器的结构
➢Ar＋激光器一般由放电管、谐振腔、轴向磁场和回气管等几部分组 成。如图(5-14)所示为石墨放电管的分段结构 。
图(5-14) 分段石墨结构Ar+激光器示意图
2. Ar＋激光器的激发机理
5.2.3 Ar+离子激光器
2. Ar＋激光器的激发机理 ➢Ar＋激光器与激光辐射有关的能级结构如图(5-15)所示
3.图(5-6)所示的椭圆柱聚光腔是小型固体激光器中最常采用的聚光腔， 它的内表面被抛光成镜面，其横截面是一个椭圆。
4. 固体激光器的泵浦系统还要冷却和 滤光。常用的冷却方式有液体冷却、 气体冷却和传导冷却等，其中以液冷 最为普遍。
5.泵浦灯和工作物质之间插入滤光器件 滤去泵浦光中的紫外光谱。
图(5-6) 椭圆柱聚光腔
G ν 8 n c2 2 ν A 221fν8n 2 ν2 ct2 复合 fν
5.4.3 半导体激光器的工作原理和阈值条件
3.半导体激光器的阈值电流
➢在一定的时间间隔内，注入激光器的电子总数与同样时间内发生的电子与空穴 复合数相等而达到平衡
nLwd I t复合 e
Gν
nc2A21
8 2ν2
f
ν
nc2
图(5-8) 板条形固体激光器结构示意图
5.2.1 氦-氖(He-Ne)激光器
1. He-Ne激光器的结构和激发机理
➢ He-Ne激光器可以分为内腔式、外腔式和半内腔式三种，如图(5-9) 所示。
图(5-9) He-Ne激光器的基本结构形式
5.2.1 氦-氖(He-Ne)激光器
1. He-Ne激光器的结构和激发机理
图(5-16) Ar+激光器输出功率随放电电流变化曲线
5.3.1 染料激光器的激发机理
1. 染料分子能级 ➢染料分子能级图是如图(5-17)所示的准连续态能级结构。
图(5-17) 染料分子能级图
2. 染料分子的光辐射过程 ➢如图(5-18)所示染料的吸收-荧光光谱图
3. 染料分子的三重态“陷阱”
图(5-18) 染料的吸收-荧光光谱图
t PPoinut 1P Pitnh2p1Lcab1cou
t E Eoinut 1E Eitn h2p1Lcab1cou
5.1.4 新型固体激光器
1. 半导体激光器泵浦的固体激光器
➢半导体激光器泵浦固体激光器与闪光灯泵浦固体激光器相比有其主 要优点 ➢半导体激光器泵浦固体激光器的结构，有如图(5-7)(a)所示的端泵浦 方式和图(5-7)(b)所示的侧泵浦方式。
2.在半导体中产生光放大的条件是在半导体中存在双简并能带，并且入射光的频
率满足
EF EF hνEg
5.4.2 PN结和粒子数反转
1. P-N结的双简并能带结构 ➢把P型和N型半导体制作在一起，是否可能在结区产生两个费米能级呢？ ➢未加电场时，P区和N区的费米能级必然达到同一水平，如图(5-26)。
图(5-7) 半导体激光器泵浦固体激光器的结构示意图 2. 可调谐固体激光器
➢可调谐固体激光器主要有两类，一类是色心激光器，一类是用掺过 渡族金属离子的激光晶体制作的可调谐激光器。
5.1.4 新型固体激光器
3. 高功率固体激光器
➢高功率固体激光器主要是指输出平均功率在几百瓦以上的各种连续、 准连续及脉冲固体激光器，它一直是军事应用和激光加工应用所追求 的目标。 ➢从二十世纪七十年代起开始研制的板条形固体激光器，就是针对克 服工作物质中的热分布及其引起的一系列如折射率分布、应力双折射 等固有矛盾而提出的一种结构方案，其结构如图(5-8)所示。
5.1.1 固体激光器的基本结构与工作物质
1.固体激光器基本上都是由工作物质、泵浦系统、谐振腔和 冷却、滤光系统构成的。图5-1是长脉冲固体激光器的基本结 构示意图(冷却、滤光系统未画出)。
图5-1 固体激光器的基本结构示意图
5.1.1 固体激光器的基本结构与工作物质
2.红宝石激光器 ➢红宝石是在三氧化二铝(A12O3)中掺入少量的氧化铬(Cr2O3) 生长成的晶体。它的吸收光谱特性主要取决于铬离子(Cr3＋)， 如图5-2所示。它属于三能级系统，相应于图5-3的简化能 级模型
8 2ν2t复合
f
νGGf (νν)a内8cν221Lf2νlnν2erd1rJ2
J阈
a内
21Llnr1r2
8
22ed
c2
5.4.4 同质结和异质结半导体激光器
1 fN (E2 ) E2 EF
e kT 1
1
➢价带顶空穴的占据几率可以用P区的准费米能级来计算 fP (E1) EF E1
1 ➢价带顶电子占据几率则为 fN(E1)1fP(E1) E1EF
e kT 1
e kT 1
➢在结区导带底和价带顶实现粒子（电子）数反转的条件是
fN (E 2 ) fN (E 1 ) E F E F E 2 E 1 E g
3.热平衡时，电子在能带中的分布不再服从玻尔兹曼分布，而服从费米分布，能
级E被电子占据的几率为T 1
5.4.1 半导体的能带和产生受激辐射的条件
1.杂质半导体中费米能级的位置与杂质类型及掺杂浓度有密切关系。为了说明问 题，图(5-25)给出了温度极低时的情况。
图(5-25) 费米能级的位置与杂质类型及掺杂浓度关系
5.1.3 固体激光器的输出特性
1. 固体激光器的激光脉冲特性
➢一般的脉冲固体激光器产生的激光脉冲是由一连串不规则振荡的短 脉冲(或称尖峰)组成的，各个短脉冲的持续时间约为(0.11)m，各短 脉冲之间的间隔约为(510) s。泵浦光愈强，短脉冲数目愈多，其包 络峰值并不增加。
2. 转换效率
➢总体效率定义为激光输出与泵浦灯的电输入之比。对于连续激光器 (用功率描述)和脉冲激光器(用能量描述)分别表示为：
5.2.2 二氧化碳激光器
1. CO2激光器的结构和激发过程
➢图(5-12)是一种典型的结构示意图。构成CO2激光器谐振腔的两个反 射镜放置在可供调节的腔片架上，最简单的方法是将反射镜直接贴在 放电管的两端。
图(5-12) 封离式CO2激光器结构示意图
❖ 二 激氧光化 器碳 。激 放光 电器 管是 通以常是CO由2气玻体璃作或为石工英作材物料质制的成气，体里 面 气充，以 一般CO还2气有体少和量其的他氢辅或助氙气气体）（；主电要极是一氦般气是和镍氮制 空心圆筒；谐振腔的一端是镀金的全反射镜，另一 端是用锗或砷化镓磨制的部分反射镜。当在电极上 加高电压（一般是直流的或低频交流的），放电管 中产生辉光放电，锗镜一端就有激光输出，其波长 为10.6微米附近的中红外波段；一般较好的管子。 一米长左右的放电区可得到连续输出功率40～60瓦。
图(5-19) 三镜腔式染料激光器
5.3.3 染料激光器的调谐
1. 光栅调谐 ➢图(5-20)是一种光栅-反射镜调谐腔，放在腔中的光栅G具有扩束和色散作用。
2. 棱镜调谐
➢图(5-21)是一种折叠式纵向 泵浦染料激光器原理图，腔内 放置的棱镜是一种色散元件。
图(5-20) 光栅-反射镜调谐腔
图(5-21) 棱镜调谐腔
图(5-15) 与产生激光有关的Ar+的能级结构
5.2.3 Ar+离子激光器
2. Ar＋激光器的工作持性 (1)多谱线工作 ➢Ar＋激光器可以产生多条激光谱线，对应每条谱线都有一个阈值电流 (2)输出功率与放电电流的关系 ➢由于Ar＋激光器特殊的激发机制，其输出功率随放电电流的变化规律与其 它激光器有所不同，图(5-16)示出了其间的关系曲线。
➢图(5-10 )是与产生激光有关的Ne原子的部分能级图，Ne原子的激 光上能级是3S和2S能级，激光下能级是3P和2P能级。
➢He-Ne激光器是 典型的四能级系 统，其激光谱线 主要有三条 : ➢3S2P 0.6328 ➢2S2P 1.15 ➢3S3P 3.39
图(5-10) 与激光跃迁有关的Ne原子的部分能级图
5.2.2 二氧化碳激光器
1. CO2激光器的结构和激发过程
➢CO2激光器中与产生激光有关的CO2分子能级图如图(5-13)所示。
图(5-13) 与产生激光有关的CO2分子能级图
5.2.2 二氧化碳激光器
1. CO2激光器的输出特性 (1) 放电特性
➢相应于CO2激光器的输出功率，其放电电流有一个最佳 值。CO2激光器的最佳放电电流与放电管的直径，管内 总气压，以及气体混合比有关。
(2) 温度效应
➢CO2激光器的转换效率是很高的，但最高也不会超过40 ％，这就是说，将有60％以上的能量转换为气体的热能， 使温度升高。而气体温度的升高，将引起激光上能级的 消激发和激光下能级的热激发，这都会使粒子的反转数 减少。并且，气体温度的升高，将使谱线展宽，导致增 益系数下降。特别是，气体温度的升高，还将引起CO2 分子的分解，降低放电管内的CO2分子浓度。
5.3.3 染料激光器的调谐
3. 双折射滤光片调谐 ➢利用双折射滤光片调谐，是目前染料激光器广泛采用的调谐方法，国内外的 Ar＋激光、YAG倍频激光泵浦的染料激光器，都使用这种方法调谐。图(5－22) 给出的典型染料激光器就是利用双折射滤光片进行调谐的。
图(5-22) 典型染料激光器原理示意图
5.4.1 半导体的能带和产生受激辐射的条件