§2.1 固体激光器
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(2)泵浦系统 泵浦系统 泵浦源为在工作物质中实现粒子数反转提供光能。 泵浦源为在工作物质中实现粒子数反转提供光能。 常用的泵浦源有惰性气体放电灯、 金属蒸汽灯、 常用的泵浦源有 惰性气体放电灯、金属蒸汽灯、 钨丝 惰性气体放电灯 灯、太阳能及发光二极管。 太阳能及发光二极管。 惰性气体放电灯是当前最常用的，如氙、 惰性气体放电灯是当前最常用的， 如氙 、氪闪光灯和 氪弧灯。 氪弧灯。 太阳能泵浦在小功率激光器件经常采用， 太阳能泵浦在小功率激光器件经常采用 ，尤其是在航 天工作中的小激光器可用太阳能作为永久能源。 天工作中的小激光器可用太阳能作为永久能源。 二极管(激光二极管 半导体激光器 二极管 激光二极管—半导体激光器 作为泵浦源是目 激光二极管 半导体激光器)作为泵浦源是目 前固体激光器发展方向之一，它的转换效率高、结构紧凑。 前固体激光器发展方向之一，它的转换效率高、结构紧凑。
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2.工作原理 或工作过程 工作原理(或工作过程 工作原理 或工作过程) (1)高压电源给电容充电； 高压电源给电容充电； 高压电源给电容充电 (2)触发电路使氙灯灯内气体放电形成通路； 触发电路使氙灯灯内气体放电形成通路； 触发电路使氙灯灯内气体放电形成通路 (3)电容通过氙灯放电，氙灯发光； 电容通过氙灯放电，氙灯发光； 电容通过氙灯放电 (4)工作物质被泵浦，发生集居数反转； 工作物质被泵浦，发生集居数反转； 工作物质被泵浦 (5) v0弱光导致受激辐射，振荡产生激光。(连续激光采用氪 弱光导致受激辐射，振荡产生激光。 连续激光采用氪 灯)
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2.固体激光器工作物质应满足的条件 固体激光器工作物质应满足的条件 (1)在激光工作频率范围内应透明，光学质量高； 在激光工作频率范围内应透明，光学质量高； (2)掺入的激活离子的吸收光谱与泵浦光的辐射光谱尽可能 掺入的激活离子的吸收光谱与泵浦光的辐射光谱尽可能 多的重叠； 多的重叠； (3)能掺入较高浓度的激活离子，且荧光寿命长； 能掺入较高浓度的激活离子，且荧光寿命长； 能掺入较高浓度的激活离子 (4)由较高的荧光量子效率； 由较高的荧光量子效率； 由较高的荧光量子效率 (5)有良好的物理、化学和机械性能，热导率高，热膨胀系 有良好的物理、化学和机械性能，热导率高， 有良好的物理 数小，易于光学加工； 数小，易于光学加工； (6)容易生产大尺寸的材料，工艺简单，成本低廉。 容易生产大尺寸的材料，工艺简单，成本低廉。 容易生产大尺寸的材料
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(3)聚光腔 聚光腔 将泵浦源辐射的光能有效均匀的会聚到工作物质上， 将泵浦源辐射的光能有效均匀的会聚到工作物质上，以 获得高的泵浦效率。 获得高的泵浦效率。 (4)谐振腔 谐振腔 由全反射镜和部分反射镜组成。 由全反射镜和部分反射镜组成。受激辐射光通过反馈在 其中形成放大与振荡, 并由部分反射镜输出。 其中形成放大与振荡 并由部分反射镜输出。 (5)冷却与虑光系统 冷却与虑光系统 激光器中必不可少的辅助装置， 激光器中必不可少的辅助装置，其作用是防止聚光腔及 内部元件温升过高， 内部元件温升过高，同时还减少泵浦灯中紫外辐射对工作物 质的有害影响。 质的有害影响。
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全反射镜
工作物质
聚光腔
部分反射镜
光 激
冲 灯 脉 氙
储 电 器 能 容
发 路 触 电
压 电 路 高 充 电
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②常用的激光工作物质 掺有Nd 的钇铝石榴石晶体(Y 简称Nd:YAG; 掺有 3+的钇铝石榴石晶体 3Al5O12), 简称 晶体， 掺有Nd 掺有 3+的YAlO3晶体，简称为 Nd:YAP。 。 ③工作物质的形状 圆柱体(棒状 、平板形(板条状 圆盘形及管状。 板条状)、 圆柱体 棒状)、平板形 板条状 、圆盘形及管状。其中 棒状 棒状使用的最多。 棒状使用的最多。 为了改善热效应和提供输出功率， 出现了板条型、 圆 为了改善热效应和提供输出功率 ， 出现了板条型 、 盘型及管状激光器。 盘型及管状激光器。
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由激光原理可知， 由激光原理可知， 阈值条件为: 阈值条件为 其中: 其中
1 G(ν ) ≥ α内− ln(r r2 ) 1 2L
G(v)为工作物质的增益系数。r1、r2分别为反射镜的 为工作物质的增益系数 为工作物质的增益系数。
反射率。 为激光器的长度 为激光器的长度。 为单位长度上的平均损耗。 反射率 。 L为激光器的长度。 α内 为单位长度上的平均损耗 。 对于不同的工作物质、能级系统其增益是不同的，阈 对于不同的工作物质、能级系统其增益是不同的， 值也不同。根据激光原理的知识，影响阈值的主要因素为： 值也不同。根据激光原理的知识，影响阈值的主要因素为： (1)工作物质的种类 工作物质的种类; 工作物质的种类 (2)光腔损耗系数越大，阈值越高; 光腔损耗系数越大，阈值越高 光腔损耗系数越大 (3)荧光谱线宽度越大，阈值越高; 荧光谱线宽度越大，阈值越高 荧光谱线宽度越大 (4)泵浦源的光谱要和激光工作物质的吸收光谱相匹配。 泵浦源的光谱要和激光工作物质的吸收光谱相匹配。 泵浦源的光谱要和激光工作物质的吸收光谱相匹配
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3.固体激光器的特点 固体激光器的特点: 固体激光器的特点 (1)运行方式多种多样。可在连续、脉冲状态下工作。 运行方式多种多样。可在连续、脉冲状态下工作。 运行方式多种多样 (2)激光工作物质种类和激光谱线众多。能实现激光工作运 激光工作物质种类和激光谱线众多。 激光工作物质种类和激光谱线众多 转的激光工作物质有数百种，激光谱线数千条， 转的激光工作物质有数百种 ， 激光谱线数千条 ， 多分布于 可见光和近红外区。 可见光和近红外区。 (3)固体激光器导光系统简单，制作容易。由于可用光纤传 固体激光器导光系统简单，制作容易。 固体激光器导光系统简单 增加了固体激光器应用的灵活性。 输，增加了固体激光器应用的灵活性。 (4)固体激光器结构紧凑、牢固耐用、价格较高，应用前景 固体激光器结构紧凑、牢固耐用、价格较高， 固体激光器结构紧凑 十分广泛。 十分广泛。
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3.激活离子的种类 激活离子的种类 激活离子是发光中心， 激活离子是发光中心，目前可用作发光中心的激活离 子主要有四类： 子主要有四类： (1)过渡族金属离子 过渡族金属离子——如铬(Cr3+)、钛(Ti3+)、镍(Ni3+)、钴 过渡族金属离子 如 、 、 、 (Co2+)等。 等 (2)三价稀土金属离子 三价稀土金属离子——如钕 Nd3+、 镨 Pr3+、 钐 、 铕 Eu3+、 三价稀土金属离子 如 镝Dy3+、钬Ho3+、铒Er3+、镱Yb3+。 (3)二价稀土离子 二价稀土离子——如钐、镝、铥、饵等。 如钐、 饵等。 二价稀土离子 如钐 (4)锕系离子 锕系离子——多为人工放射元素 ， 不易制备 ， 只有铀 多为人工放射元素， 锕系离子 多为人工放射元素 不易制备， (U3+)曾有所应用。 曾有所应用。 曾有所应用
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2.激光器的分类 激光器的分类 (1)按工作物质分类 按工作物质分类——固体激光器 、 气体激光器 、 染料激 固体激光器、 按工作物质分类 固体激光器 气体激光器、 光器和半导体激光器。 光器和半导体激光器。 (2)按谐振腔性能分类 按谐振腔性能分类——稳定谐振腔激光器 、 非稳定谐振 稳定谐振腔激光器、 按谐振腔性能分类 稳定谐振腔激光器 腔激光器。 腔激光器。 (3)按谐振腔结构分类 按谐振腔结构分类——外腔式激光器 、 内腔式激光器 和 外腔式激光器、 按谐振腔结构分类 外腔式激光器 内腔式激光器和 半内外腔式激光器。 半内外腔式激光器。 (4)按激光器的运转方式分类 按激光器的运转方式分类——连续激光器 、 脉冲激光器 。 连续激光器、 按激光器的运转方式分类 连续激光器 脉冲激光器。 (5)按激光器输出波长分类 按激光器输出波长分类——红外激光器 、 可见光激光器 红外激光器、 按激光器输出波长分类 红外激光器 紫外激光器。 和紫外激光器。
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1.以掺杂了离子 的 绝缘体或 玻璃作为工作物质的激光 以掺杂了 离子的 绝缘体 或 玻璃 作为工作物质的激光 离子 少量的过渡金属离子(Cr3+)或稀土离子 或稀土离子(Nd3+)掺入到 少量的过渡金属离子 或稀土离子 掺入到 晶体(Al2O3)或玻璃当中 ， 经过光泵激励后 ， 产生受激辐 或玻璃当中， 晶体 或玻璃当中 经过光泵激励后， 发射激光。 射，发射激光。 固体激光器是最早获得激光的一种激光器。 固体激光器是最早获得激光的一种激光器。 第一台激光器是1960年由美国休斯公司的梅曼 (T.H.Maiman)发明的 红宝石激光器 ， 它就是一台固体激 发明的红宝石激光器 发明的 红宝石激光器， 光器。 光器。
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4.基质材料的种类 基质材料的种类——晶体和玻璃两大类。 晶体和玻璃两大类。 基质材料的种类 晶体和玻璃两大类 (1)晶体 晶体——种类达数百种。 种类达数百种。 晶体 种类达数百种 金属氧化物晶体。 ①金属氧化物晶体。 (a)钇铝石榴石晶体 钇铝石榴石晶体(YAG)分子式为 3Al5O12。 分子式为Y 钇铝石榴石晶体 分子式为 它具有极其优良的理化特性， 它具有极其优良的理化特性，适合于各种激活离子的掺 杂，是较理想的基质晶体。 是较理想的基质晶体。 掺入Nd 离子形成的Nd:YAG激光晶体，是目前国内外 激光晶体， 掺入 3+离子形成的 激光晶体 应用最广泛的激光晶体。 应用最广泛的激光晶体。 (b)其它类型金属氧化物。 其它类型金属氧化物。 其它类型金属氧化物 钇镓石榴石Y 钆镓石榴石Gd 钇镓石榴石 3Ga5O12、 钆镓石榴石 3Ga5O12 和氧化 钇Y2O3 。
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二、固体激光器的工作特性
1.固体激光器的阈值 固体激光器的阈值 在激光器中， 在激光器中，工作物质在光泵的作用下产生粒子数反 转分布，通过振荡放大产生激光。在激光器的工作过程中， 转分布，通过振荡放大产生激光。在激光器的工作过程中， 存在着各种损耗，只有当粒子数反转达到足够的程度， 存在着各种损耗，只有当粒子数反转达到足够的程度，使 光在工作物质中来回一次所产生的增益足以补偿光在介质 来回传播中光的各种损耗，才能建立稳定的激光振荡， 来回传播中光的各种损耗，才能建立稳定的激光振荡，即 达到阈值，输出激光。 达到阈值，输出激光。
第二章 常用激光光源
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一、本章讲授的主要内容 主要介绍激光器的结构、工作原理和使用方法。 主要介绍激光器的结构、工作原理和使用方法。 结构 1.固体激光器 固体激光器——红宝石激光器、掺钕钇铝石榴石激光器； 红宝石激光器、 固体激光器 红宝石激光器 掺钕钇铝石榴石激光器； 2.气体激光器 气体激光器——氦-氖激光器、二氧化碳激光器、氩离子 氖激光器、 气体激光器 氦 氖激光器 二氧化碳激光器、 激光器、准分子激光器； 激光器、准分子激光器； 3.染料激光器； 染料激光器； 染料激光器 4.半导体激光器等；5.化学激光器。 半导体激光器等； 化学激光器 化学激光器。 半导体激光器等 二、激光器的结构和分类 1.激光器的一般结构 激光器的一般结构——有三部分组成：激光工作物质 增 有三部分组成： 激光器的一般结构 有三部分组成 激光工作物质(增 益介质)、谐振腔和泵浦源(激励源 激励源)。 益介质 、谐振腔和泵浦源 激励源 。
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一、固体激光器的基本结构和工作原理
1.固体激光器的基本结构 固体激光器的基本结构 一般的固体激光器主要有工作物质、 泵浦系统、 一般的固体激光器主要有 工作物质、泵浦系统 、 谐振 工作物质 冷却虑光系统及激光电源等组成 等组成。 腔、冷却虑光系统及激光电源等组成。 (1)激光工作物质 激光工作物质 是激光器最重要的组成部分，是激光器的核心(有 是激光器最重要的组成部分，是激光器的核心 有激活 离子和基质组成 组成)。 离子和基质组成 。它是由掺杂了离子的电介质晶体或玻璃 材料加工而成。 材料加工而成。 ①工作物质分类 按激活离子能级结构形式，可分为三能级和四能级系统。 按激活离子能级结构形式，可分为三能级和四能级系统。
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2.固体激光器工作物质的种类 固体激光器工作物质的种类 (1)激光工作物质的种类 激光工作物质的种类 目前能够实现激光振荡的固体工作物质有数百种。 目前能够实现激光振荡的固体工作物质有数百种。 (2)激光谱线的条数 激光谱线的条数 激光谱线有数千条。 激光谱线有数千条。 (3)主要工作物质 主要工作物质 最常用的激光物质主要有四种：红宝石、钕玻璃、 最常用的激光物质主要有四种：红宝石、钕玻璃、掺 钕钇铝石榴石、钛宝石。 钕钇铝石榴石、钛宝石。
(2)泵浦系统 泵浦系统 泵浦源为在工作物质中实现粒子数反转提供光能。 泵浦源为在工作物质中实现粒子数反转提供光能。 常用的泵浦源有惰性气体放电灯、 金属蒸汽灯、 常用的泵浦源有 惰性气体放电灯、金属蒸汽灯、 钨丝 惰性气体放电灯 灯、太阳能及发光二极管。 太阳能及发光二极管。 惰性气体放电灯是当前最常用的，如氙、 惰性气体放电灯是当前最常用的， 如氙 、氪闪光灯和 氪弧灯。 氪弧灯。 太阳能泵浦在小功率激光器件经常采用， 太阳能泵浦在小功率激光器件经常采用 ，尤其是在航 天工作中的小激光器可用太阳能作为永久能源。 天工作中的小激光器可用太阳能作为永久能源。 二极管(激光二极管 半导体激光器 二极管 激光二极管—半导体激光器 作为泵浦源是目 激光二极管 半导体激光器)作为泵浦源是目 前固体激光器发展方向之一，它的转换效率高、结构紧凑。 前固体激光器发展方向之一，它的转换效率高、结构紧凑。
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2.工作原理 或工作过程 工作原理(或工作过程 工作原理 或工作过程) (1)高压电源给电容充电； 高压电源给电容充电； 高压电源给电容充电 (2)触发电路使氙灯灯内气体放电形成通路； 触发电路使氙灯灯内气体放电形成通路； 触发电路使氙灯灯内气体放电形成通路 (3)电容通过氙灯放电，氙灯发光； 电容通过氙灯放电，氙灯发光； 电容通过氙灯放电 (4)工作物质被泵浦，发生集居数反转； 工作物质被泵浦，发生集居数反转； 工作物质被泵浦 (5) v0弱光导致受激辐射，振荡产生激光。(连续激光采用氪 弱光导致受激辐射，振荡产生激光。 连续激光采用氪 灯)
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2.固体激光器工作物质应满足的条件 固体激光器工作物质应满足的条件 (1)在激光工作频率范围内应透明，光学质量高； 在激光工作频率范围内应透明，光学质量高； (2)掺入的激活离子的吸收光谱与泵浦光的辐射光谱尽可能 掺入的激活离子的吸收光谱与泵浦光的辐射光谱尽可能 多的重叠； 多的重叠； (3)能掺入较高浓度的激活离子，且荧光寿命长； 能掺入较高浓度的激活离子，且荧光寿命长； 能掺入较高浓度的激活离子 (4)由较高的荧光量子效率； 由较高的荧光量子效率； 由较高的荧光量子效率 (5)有良好的物理、化学和机械性能，热导率高，热膨胀系 有良好的物理、化学和机械性能，热导率高， 有良好的物理 数小，易于光学加工； 数小，易于光学加工； (6)容易生产大尺寸的材料，工艺简单，成本低廉。 容易生产大尺寸的材料，工艺简单，成本低廉。 容易生产大尺寸的材料
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(3)聚光腔 聚光腔 将泵浦源辐射的光能有效均匀的会聚到工作物质上， 将泵浦源辐射的光能有效均匀的会聚到工作物质上，以 获得高的泵浦效率。 获得高的泵浦效率。 (4)谐振腔 谐振腔 由全反射镜和部分反射镜组成。 由全反射镜和部分反射镜组成。受激辐射光通过反馈在 其中形成放大与振荡, 并由部分反射镜输出。 其中形成放大与振荡 并由部分反射镜输出。 (5)冷却与虑光系统 冷却与虑光系统 激光器中必不可少的辅助装置， 激光器中必不可少的辅助装置，其作用是防止聚光腔及 内部元件温升过高， 内部元件温升过高，同时还减少泵浦灯中紫外辐射对工作物 质的有害影响。 质的有害影响。
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全反射镜
工作物质
聚光腔
部分反射镜
光 激
冲 灯 脉 氙
储 电 器 能 容
发 路 触 电
压 电 路 高 充 电
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②常用的激光工作物质 掺有Nd 的钇铝石榴石晶体(Y 简称Nd:YAG; 掺有 3+的钇铝石榴石晶体 3Al5O12), 简称 晶体， 掺有Nd 掺有 3+的YAlO3晶体，简称为 Nd:YAP。 。 ③工作物质的形状 圆柱体(棒状 、平板形(板条状 圆盘形及管状。 板条状)、 圆柱体 棒状)、平板形 板条状 、圆盘形及管状。其中 棒状 棒状使用的最多。 棒状使用的最多。 为了改善热效应和提供输出功率， 出现了板条型、 圆 为了改善热效应和提供输出功率 ， 出现了板条型 、 盘型及管状激光器。 盘型及管状激光器。
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由激光原理可知， 由激光原理可知， 阈值条件为: 阈值条件为 其中: 其中
1 G(ν ) ≥ α内− ln(r r2 ) 1 2L
G(v)为工作物质的增益系数。r1、r2分别为反射镜的 为工作物质的增益系数 为工作物质的增益系数。
反射率。 为激光器的长度 为激光器的长度。 为单位长度上的平均损耗。 反射率 。 L为激光器的长度。 α内 为单位长度上的平均损耗 。 对于不同的工作物质、能级系统其增益是不同的，阈 对于不同的工作物质、能级系统其增益是不同的， 值也不同。根据激光原理的知识，影响阈值的主要因素为： 值也不同。根据激光原理的知识，影响阈值的主要因素为： (1)工作物质的种类 工作物质的种类; 工作物质的种类 (2)光腔损耗系数越大，阈值越高; 光腔损耗系数越大，阈值越高 光腔损耗系数越大 (3)荧光谱线宽度越大，阈值越高; 荧光谱线宽度越大，阈值越高 荧光谱线宽度越大 (4)泵浦源的光谱要和激光工作物质的吸收光谱相匹配。 泵浦源的光谱要和激光工作物质的吸收光谱相匹配。 泵浦源的光谱要和激光工作物质的吸收光谱相匹配
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3.固体激光器的特点 固体激光器的特点: 固体激光器的特点 (1)运行方式多种多样。可在连续、脉冲状态下工作。 运行方式多种多样。可在连续、脉冲状态下工作。 运行方式多种多样 (2)激光工作物质种类和激光谱线众多。能实现激光工作运 激光工作物质种类和激光谱线众多。 激光工作物质种类和激光谱线众多 转的激光工作物质有数百种，激光谱线数千条， 转的激光工作物质有数百种 ， 激光谱线数千条 ， 多分布于 可见光和近红外区。 可见光和近红外区。 (3)固体激光器导光系统简单，制作容易。由于可用光纤传 固体激光器导光系统简单，制作容易。 固体激光器导光系统简单 增加了固体激光器应用的灵活性。 输，增加了固体激光器应用的灵活性。 (4)固体激光器结构紧凑、牢固耐用、价格较高，应用前景 固体激光器结构紧凑、牢固耐用、价格较高， 固体激光器结构紧凑 十分广泛。 十分广泛。
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3.激活离子的种类 激活离子的种类 激活离子是发光中心， 激活离子是发光中心，目前可用作发光中心的激活离 子主要有四类： 子主要有四类： (1)过渡族金属离子 过渡族金属离子——如铬(Cr3+)、钛(Ti3+)、镍(Ni3+)、钴 过渡族金属离子 如 、 、 、 (Co2+)等。 等 (2)三价稀土金属离子 三价稀土金属离子——如钕 Nd3+、 镨 Pr3+、 钐 、 铕 Eu3+、 三价稀土金属离子 如 镝Dy3+、钬Ho3+、铒Er3+、镱Yb3+。 (3)二价稀土离子 二价稀土离子——如钐、镝、铥、饵等。 如钐、 饵等。 二价稀土离子 如钐 (4)锕系离子 锕系离子——多为人工放射元素 ， 不易制备 ， 只有铀 多为人工放射元素， 锕系离子 多为人工放射元素 不易制备， (U3+)曾有所应用。 曾有所应用。 曾有所应用
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2.激光器的分类 激光器的分类 (1)按工作物质分类 按工作物质分类——固体激光器 、 气体激光器 、 染料激 固体激光器、 按工作物质分类 固体激光器 气体激光器、 光器和半导体激光器。 光器和半导体激光器。 (2)按谐振腔性能分类 按谐振腔性能分类——稳定谐振腔激光器 、 非稳定谐振 稳定谐振腔激光器、 按谐振腔性能分类 稳定谐振腔激光器 腔激光器。 腔激光器。 (3)按谐振腔结构分类 按谐振腔结构分类——外腔式激光器 、 内腔式激光器 和 外腔式激光器、 按谐振腔结构分类 外腔式激光器 内腔式激光器和 半内外腔式激光器。 半内外腔式激光器。 (4)按激光器的运转方式分类 按激光器的运转方式分类——连续激光器 、 脉冲激光器 。 连续激光器、 按激光器的运转方式分类 连续激光器 脉冲激光器。 (5)按激光器输出波长分类 按激光器输出波长分类——红外激光器 、 可见光激光器 红外激光器、 按激光器输出波长分类 红外激光器 紫外激光器。 和紫外激光器。
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1.以掺杂了离子 的 绝缘体或 玻璃作为工作物质的激光 以掺杂了 离子的 绝缘体 或 玻璃 作为工作物质的激光 离子 少量的过渡金属离子(Cr3+)或稀土离子 或稀土离子(Nd3+)掺入到 少量的过渡金属离子 或稀土离子 掺入到 晶体(Al2O3)或玻璃当中 ， 经过光泵激励后 ， 产生受激辐 或玻璃当中， 晶体 或玻璃当中 经过光泵激励后， 发射激光。 射，发射激光。 固体激光器是最早获得激光的一种激光器。 固体激光器是最早获得激光的一种激光器。 第一台激光器是1960年由美国休斯公司的梅曼 (T.H.Maiman)发明的 红宝石激光器 ， 它就是一台固体激 发明的红宝石激光器 发明的 红宝石激光器， 光器。 光器。
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4.基质材料的种类 基质材料的种类——晶体和玻璃两大类。 晶体和玻璃两大类。 基质材料的种类 晶体和玻璃两大类 (1)晶体 晶体——种类达数百种。 种类达数百种。 晶体 种类达数百种 金属氧化物晶体。 ①金属氧化物晶体。 (a)钇铝石榴石晶体 钇铝石榴石晶体(YAG)分子式为 3Al5O12。 分子式为Y 钇铝石榴石晶体 分子式为 它具有极其优良的理化特性， 它具有极其优良的理化特性，适合于各种激活离子的掺 杂，是较理想的基质晶体。 是较理想的基质晶体。 掺入Nd 离子形成的Nd:YAG激光晶体，是目前国内外 激光晶体， 掺入 3+离子形成的 激光晶体 应用最广泛的激光晶体。 应用最广泛的激光晶体。 (b)其它类型金属氧化物。 其它类型金属氧化物。 其它类型金属氧化物 钇镓石榴石Y 钆镓石榴石Gd 钇镓石榴石 3Ga5O12、 钆镓石榴石 3Ga5O12 和氧化 钇Y2O3 。
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二、固体激光器的工作特性
1.固体激光器的阈值 固体激光器的阈值 在激光器中， 在激光器中，工作物质在光泵的作用下产生粒子数反 转分布，通过振荡放大产生激光。在激光器的工作过程中， 转分布，通过振荡放大产生激光。在激光器的工作过程中， 存在着各种损耗，只有当粒子数反转达到足够的程度， 存在着各种损耗，只有当粒子数反转达到足够的程度，使 光在工作物质中来回一次所产生的增益足以补偿光在介质 来回传播中光的各种损耗，才能建立稳定的激光振荡， 来回传播中光的各种损耗，才能建立稳定的激光振荡，即 达到阈值，输出激光。 达到阈值，输出激光。
第二章 常用激光光源
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一、本章讲授的主要内容 主要介绍激光器的结构、工作原理和使用方法。 主要介绍激光器的结构、工作原理和使用方法。 结构 1.固体激光器 固体激光器——红宝石激光器、掺钕钇铝石榴石激光器； 红宝石激光器、 固体激光器 红宝石激光器 掺钕钇铝石榴石激光器； 2.气体激光器 气体激光器——氦-氖激光器、二氧化碳激光器、氩离子 氖激光器、 气体激光器 氦 氖激光器 二氧化碳激光器、 激光器、准分子激光器； 激光器、准分子激光器； 3.染料激光器； 染料激光器； 染料激光器 4.半导体激光器等；5.化学激光器。 半导体激光器等； 化学激光器 化学激光器。 半导体激光器等 二、激光器的结构和分类 1.激光器的一般结构 激光器的一般结构——有三部分组成：激光工作物质 增 有三部分组成： 激光器的一般结构 有三部分组成 激光工作物质(增 益介质)、谐振腔和泵浦源(激励源 激励源)。 益介质 、谐振腔和泵浦源 激励源 。
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一、固体激光器的基本结构和工作原理
1.固体激光器的基本结构 固体激光器的基本结构 一般的固体激光器主要有工作物质、 泵浦系统、 一般的固体激光器主要有 工作物质、泵浦系统 、 谐振 工作物质 冷却虑光系统及激光电源等组成 等组成。 腔、冷却虑光系统及激光电源等组成。 (1)激光工作物质 激光工作物质 是激光器最重要的组成部分，是激光器的核心(有 是激光器最重要的组成部分，是激光器的核心 有激活 离子和基质组成 组成)。 离子和基质组成 。它是由掺杂了离子的电介质晶体或玻璃 材料加工而成。 材料加工而成。 ①工作物质分类 按激活离子能级结构形式，可分为三能级和四能级系统。 按激活离子能级结构形式，可分为三能级和四能级系统。
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2.固体激光器工作物质的种类 固体激光器工作物质的种类 (1)激光工作物质的种类 激光工作物质的种类 目前能够实现激光振荡的固体工作物质有数百种。 目前能够实现激光振荡的固体工作物质有数百种。 (2)激光谱线的条数 激光谱线的条数 激光谱线有数千条。 激光谱线有数千条。 (3)主要工作物质 主要工作物质 最常用的激光物质主要有四种：红宝石、钕玻璃、 最常用的激光物质主要有四种：红宝石、钕玻璃、掺 钕钇铝石榴石、钛宝石。 钕钇铝石榴石、钛宝石。