常用气体激光器讲解
常用气体激光器讲解课件
01
气体激光器简介
定义与工作原理
定义
气体激光器是一种利用气体作为工作物质的激光器，通过激发气体中的原子或分子，使其跃迁至激发态，再通过 受激辐射产生光子，从而实现激光输出。
新型激光器件结构
02
通过优化激光器件结构，降低激光器的阈值，提高能量转化效
率，进一步减小激光器的体积和重量。
高效光束质量控制技术
03
发展新型光束质量控制技术，提高气体激光器的光束质量和聚
焦性能，满足高端应用领域的需求。
应用领域的拓展
医疗领域
随着激光技术的不断发展，气体激光器在医疗领域的应用将更加 广泛，如激光美容、激光治疗等。
通过改进光学系统和冷却系统等手段，减小气体 激光器的体积和重量，提高其集成度。
提高效率和稳定性
通过优化气体激光器的结构设计、选用高性能的 气体介质和提高制造工艺水平等手段，提高其光 电转换效率和稳定性。
拓宽波长范围
通过采用新型的气体介质和光学技术，拓宽气体 激光器的波长范围，以满足更多应用领域的需要 。
量子计算
利用单个光子进行量子信息的 传输和处理。
激光雷达
利用激光测量距离和速度，常 用于环境监测和无人驾驶技术 。
教学演示
用于演示光学、量子力学和化 学等领域的基本原理和现象。
06
气体激光器的未来发展前 景
技术创新与突破
新型气体激光材料
01
随着材料科学的进步，将会有更多高效的气体激光材料被发现
和应用，提高激光器的输出功率和稳定性。
应用
c5.2气体激光器
磁场：
为了提高氩离子激光器的输出功率及寿命，一般要加上几十 到100毫特斯拉左右的轴向磁场。磁场通常由套在放电管外 面的螺线管产生。
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(9-15)所示 ◇ 激光上能级3P44P，下能级3P44S ◇ 激发过程： 气体放电后，高速电子与中性氩原子碰 撞，使之电离，形成处于基态3P5上的 氩离子； 基态Ar+离子再与高速电子碰撞，被激 发到高能态，形成反转粒子数，产生激 光。 ◇ 激光能级有不同的电子态，激光输 出谱线丰富，最强谱线为0.4880m、 0.5145m。
第五章 典型激光器介绍
§5.1 固体激光器 §5.2 气体激光器 §5.3 染料激光器 §5.4 半导体激光器 §5.5 其他激光器
1
§5.2 气体激光器
气体激光器的特点：
激光谱线丰富，波长覆盖了从真空紫外到远红外 范围。
气态工作物质的光学均匀性比固体好，易于获得 高斯光束，方向性好。 气体工作物质的谱线宽度远比固体小，激光单色 性好。 气体的激活粒子密度远小于固体，需要较大体积 的工作物质才能获得足够的功率输出，体积一般 比较庞大。
5.2.1 氦-氖(He-Ne)激光器
1960年末最早研制成功的气体激 光器。 属于惰性气体原子激光器。 工作物质是氦氖混合气体，发射 激光的是Ne原子，He为辅助气体 ，作用为改善气体放电特性，提 高激光器输出功率。 主要波段在可见光到近红外区。
多采用连Hale Waihona Puke 工作方式（输出几毫 瓦到几十毫瓦）。
图(5-11) 不同充气压强下输出功率与放电电流的 关系曲线
5.2.2 二氧化碳激光器
二氧化碳激光器分类特点与应用
二氧化碳激光器分类特点与应用一、分类：CO2激光器主要分为封闭式和开放式两种类型。
1.封闭式CO2激光器：封闭式CO2激光器通常由气体激光管、泵浦器和腔镜组成。
其中，气体激光管内充填有二氧化碳、氮气和稀有气体混合气体。
通过泵浦器向激光管内添加能量，使气体分子激发至亚稳态，产生激光放大。
腔镜用来折射和反射激光，形成激光束输出。
封闭式CO2激光器适用于医疗美容、雕刻切割等高精度和高功率需求的场合。
2.开放式CO2激光器：开放式CO2激光器通常由气体激光管、泵浦器、扩束镜和输出镜组成。
其中，气体激光管内充填有二氧化碳和氮气混合气体。
泵浦器提供能量，使气体分子激发到受激发射态，在输出镜的作用下，形成激光束输出。
开放式CO2激光器适用于雕刻、切割等对功率要求较低的场合。
二、特点：CO2激光器具有以下几个特点：1.波长长：CO2激光器的激光波长为10.6微米，属于远红外光，对很多物质有很强的穿透能力。
2.高功率：CO2激光器可以达到很高的功率输出，通常可达到几十瓦至几百瓦。
3.高效率：CO2激光器的光电转换效率较高，可达到10%左右。
4.良好的光束质量：CO2激光器的光束质量较好，光斑比较小和聚焦性能好。
5.易于操控：CO2激光器的输出功率和频率可以通过调整泵浦能量和稀有气体含量等参数进行调节。
6.长寿命：CO2激光器的寿命较长，使用寿命可达数千小时以上。
三、应用：CO2激光器具有广泛的应用领域，如医疗、工业、科学研究等。
1.医疗方面：CO2激光器主要用于皮肤整形、手术切割、疤痕修复等医疗美容领域。
由于CO2激光器的波长与水分子吸收特性相匹配，因此可以控制热损伤范围，减少手术切割对周边组织的影响。
2.工业方面：CO2激光器广泛用于工业加工领域，如切割、雕刻、焊接等。
其高功率和良好的光束质量使其成为金属切割和非金属切割的重要手段。
3.科学研究方面：CO2激光器在科学研究中也有广泛应用，如光学实验、量子物理研究等。
二氧化碳(CO2)激光器介绍
二氧化碳(CO2)激光器介绍二氧化碳激光器是以CO2气体作为工作物质的气体激光器，其波长为10.6微米附近的中红外波段。
其通过连续波、脉冲和高能量超脉冲技术以不同的能量和时间照射人体皮肤组织，组织吸收激光能量后主要发生光热反应，可使皮肤组织切割、汽化、碳化、凝固或适当变性，达到祛除病变，同时止血或结痂，改变皮肤肌理，达到治疗或理疗的目的。
二氧化碳(CO2)激光器原理CO₂分子为线性对称分子，两个氧原子分别在碳原子的两侧，所表示的是原子的平衡位置。
分子里的各原子始终运动着，要绕其平衡位置不停地振动。
根据分子振动理论，CO₂有三种不同的振动方式：①二个氧原子沿分子轴，向相反方向振动，即两个氧在振动中同时达到振动的最大值和平衡值，而此时分子中的碳原子静止不动，因而其振动被叫做对称振动。
②两个氧原子在垂直于分子轴的方向振动，且振动方向相同，而碳原子则向相反的方向垂直于分子轴振动。
由于三个原子的振动是同步的，又称为变形振动。
③三个原子沿对称轴振动，其中碳原子的振动方向与两个氧原子相反，又叫反对称振动能。
在这三种不同的振动方式中，确定了有不同组别的能级。
二氧化碳(CO2)激光治疗仪器作用（1）按输出方式分1）连续输出；2）脉冲输出——调制频率高达1MHz；3）Q开关输出——电光调Q与声光调Q。
（2）按谐振腔的工作分1）波导腔——孔径D=1～3mm；2）自由空间腔——孔径D=4～6mm。
（3）按激励极性分1）单相；2）反相。
（4）按腔体结构分1）单腔；2）多腔；（a）折叠腔：V型——2折；Z型——3折；X型——4折。
（b）列阵腔：短肩列阵；交错列阵。
（c）积木式：并联—2腔；三角组联—3腔。
3）大面积放电（a）平板型，（b）同心环型。
（5）按均恒电感分布方式分1）准电感谐振技术—用于低电容激光头；2）平行分布电感谐振技术—用于高电容激光头。
（6）按谐振腔材料分1）陶瓷—金属混合型；2）全陶瓷型；3）全金属型。
氦氖激光器工作原理
氦氖激光器工作原理
氦氖激光器是一种常见的气体激光器，它的工作原理基于氦氖混合气体在高电压的电场作用下产生激发态。
具体工作原理如下：
1. 激发氦气：氦氖激光器中的氦气通过电偶极矩的转变，由基态转变为激发态。
这是通过导电放电产生的电流传导能量的一种过程。
2. 能级跃迁：激发态的氦原子在经过短暂的存在后，会通过受激辐射的过程，跃迁到一个相对较低的能级。
在这个跃迁的过程中，会释放出光子。
3. 推进跃迁：激发态的氖原子在经过短暂的存在后，也会通过受激辐射的过程，跃迁到一个较低的能级。
在这个过程中，氖原子也会释放出光子。
4. 辐射耦合：氦氖激光器中的氮气分子起到了重要的作用，它们能够从氦原子和氖原子的跃迁中吸收光子，然后再通过碰撞的方式将能量传递给氦原子和氖原子，使它们能够持续地进行激发态和辐射的跃迁。
5. 碰撞放电：在氦氖激光器中，在辐射耦合的作用下，氦和氖形成的混合气体离子会通过电场的作用发生运动。
这个过程中，离子会与其他原子或离子进行碰撞，并将能量传递给它们。
这种碰撞放电的过程能够维持激发态的产生和能级的跃迁。
6. 光放大：在上述的过程中，产生的光在两个镜子之间的光学腔中来回反射。
其中一个镜子是完全反射镜，而另一个镜子是部分透射镜。
由于部分透射镜的存在，一部分的光能够逃逸出来，形成激光输出。
通过上述的工作原理，氦氖激光器能够产生出较为稳定和高功率的红光激光。
它在医疗、科研、显示技术等领域有广泛的应用。
氦氖总结范文
氦氖总结简介氦氖（He-Ne）是常用的气体激光器之一，以其稳定性和高效性而受到广泛应用。
本文将对氦氖激光器的原理、性能特点以及应用领域进行总结。
原理氦氖激光器的工作原理基于气体放电，利用氦气和氖气在高频电场的激发下发生放电，产生激光光束。
氦氖激光器通常采用平行板式结构，两个平行金属电极之间充填着混合气体。
当加上高电压时，电场作用下氦气和氖气分别被激发，产生激光，形成氦氖激光器的输出。
性能特点1.单色性：氦氖激光器产生的光束为单色激光，其波长通常为632.8纳米，属于可见光的红色区域。
2.高相干性：氦氖激光器具有高相干性，光束的相位关系保持得很好，适用于干涉和衍射实验。
3.窄线宽：氦氖激光器相比其他激光器具有较窄的线宽，一般在几百千赫茨，适合用于高精度测量和精确光谱学研究。
4.长寿命：氦氖激光器具有较长的使用寿命，可达上万小时，使用寿命较其他激光器更长。
应用领域氦氖激光器在多个领域中得到了广泛应用，以下是其中几个典型的应用领域：科研氦氖激光器由于其高相干性和窄线宽的特点，在科学研究领域中得到广泛应用。
例如，在光学干涉实验中，氦氖激光器可以成为光源，产生干涉光束，用于计量和测量；在光谱学领域，氦氖激光器可以用于精确的光谱分析。
医学氦氖激光器在医学领域也有重要应用。
例如，对于眼科手术中的激光角膜磨削术（LASIK），常用的激光器就是氦氖激光器。
利用氦氖激光器产生的红光束进行角膜磨削，能够快速安全地改善近视、远视和散光等视力问题。
激光显示氦氖激光器也应用于激光显示领域。
由于氦氖激光器产生的光束为单色激光，其色彩饱和度高，透明度好，可以用于投影仪等显示设备中，提供高质量的图像和视频投影效果。
雷达测距氦氖激光器还可以用于雷达测距。
利用氦氖激光器产生的激光束，射向目标物体，再接收被反射回的光束，通过探测光束与返回光束之间的时间差来计算目标物体的距离。
结论氦氖激光器作为一种常用的气体激光器，在科研、医学、激光显示和雷达测距等领域都有广泛应用。
激光器的种类讲解
激光器的种类讲解激光器是一种能够产生高纯度、高亮度和一致的光束的装置。
他们在科研、医学、工业和通信等领域中具有广泛的应用。
根据激光器的工作原理和参数，可以将激光器分为多种类型，如气体激光器、固体激光器、半导体激光器和光纤激光器等。
本文将对各种类型的激光器进行深入的讲解。
1.气体激光器：气体激光器是最早被发明出来的激光器类型之一、它们通过用电流激励气体分子来产生所需波长的激光。
常见的气体激光器有氦氖激光器(He-Ne)、二氧化碳激光器(CO2)、氩离子激光器(Ar)等。
气体激光器具有较大的输出功率和较高的波长稳定性，适用于医学、切割和焊接等领域。
2.固体激光器：固体激光器是使用固体材料作为激光介质的激光器。
常见的固体材料有Nd:YAG、Nd:YVO4和Ti:sapphire等。
固体激光器可以通过激光二极管或弧光灯等能量源进行激发。
它们具有高效、高稳定性和长寿命的特点，适用于雷达系统、激光加工和科学研究等领域。
3.半导体激光器：半导体激光器是通过电流注入拥有p-n结构的半导体材料，使其产生激光。
半导体材料可以是单一的半导体材料，如GaAs、InP，也可以是多层薄膜结构，如VCSEL(垂直腔面发射激光器)。
半导体激光器具有小型化、低功率和高效率的特点，广泛应用于通信、光存储和光电显示等领域。
4.光纤激光器：光纤激光器是利用光纤作为激光介质的激光器。
光纤激光器通常包括光纤光源和光纤放大器两个部分。
光纤光源是利用受激辐射从光纤核心产生激光，通常使用稀土离子注入的光纤作为激发材料。
光纤放大器则通过将输入的激光信号放大，从而得到高亮度的激光输出。
光纤激光器具有小型化、高品质和集成化的特点，广泛应用于通信、激光打标和光纤光源等领域。
除了以上所述的主要激光器类型，还有许多其他的激光器类型，例如自由电子激光器、化学激光器和超短脉冲激光器等。
不同类型的激光器在应用领域和性能参数上有着差异。
因此，在选择激光器时，需要根据具体需求来确定最合适的类型和参数。
常见激光器结构及器件功能介绍
常见激光器结构及器件功能介绍激光器是一种产生并放大激光束的装置，常见的激光器结构包括气体激光器、固体激光器、液体激光器和半导体激光器。
下面将对这些常见的激光器结构及器件功能进行介绍。
1.气体激光器：气体激光器是利用气体分子或原子的电子能级跃迁放大光子束的装置。
常见的气体激光器包括二氧化碳激光器和氩离子激光器。
（1）二氧化碳激光器（CO2激光器）：它是利用二氧化碳气体的分子振动能级跃迁来放大激光。
主要用于切割、打孔、焊接等工业加工领域。
（2）氩离子激光器：它利用氩离子气体的电子能级跃迁来放大激光。
主要应用于生物医学、光学雷达等领域。
2.固体激光器：固体激光器是利用固体材料（如纳、晶体、陶瓷等）的电子能级跃迁放大光子束的装置。
常见的固体激光器包括Nd:YAG激光器和雷射晶体放大器。
（1）Nd:YAG激光器：它是利用掺杂了钕离子的钇铝石榴石晶体的电子能级跃迁来放大激光。
主要用于切割、焊接、医疗美容等领域。
（2）雷射晶体放大器：它是利用高浓度掺杂放大材料（如三氧化二铜、Cr4+：YAG等）的反射效应来放大激光。
主要应用于高能激光研究和军事领域。
3.液体激光器：液体激光器是利用液体材料的分子或原子能级跃迁放大光子束的装置。
常见的液体激光器包括染料激光器和化学激光器。
（1）染料激光器：它利用在溶液中溶解染料分子的电子能级跃迁来放大激光。
主要用于光谱分析、显示技术等领域。
（2）化学激光器：它利用化学反应产生的激发态物质来放大激光。
主要应用于军事领域和科学研究。
4.半导体激光器：半导体激光器是利用半导体材料（如GaN、InP等）的电子能级跃迁放大光子束的装置。
常见的半导体激光器包括激光二极管和垂直腔面发射激光器（VCSEL）。
（1）激光二极管：它利用PN结的电子能级跃迁来放大激光。
主要应用于光通信、光储存、激光打印等领域。
（2）VCSEL：它利用垂直结构的PN结的电子能级跃迁来放大激光。
主要应用于光通信、生物传感等领域。
各种激光器的介绍
各种激光器的介绍激光器是一种将能量源转化为高强度、高单色性、高定向性的激光光束的装置。
激光器被广泛应用于医疗、通信、材料加工、测量检测等各个领域。
下面将介绍几种常见的激光器。
1.氦氖激光器（He-Ne激光器）氦氖激光器是一种气体激光器，它利用氦和氖的混合气体在波长为632.8纳米的红光范围内产生激光。
氦氖激光器具有单一稳定频率、高空间定向性和较小的光腔长度，适用于光学实验、干涉测量等领域。
2.二极管激光器（LD激光器）二极管激光器是一种半导体激光器，它是由多层不同材料的半导体材料组成的结构。
二极管激光器广泛应用于通信领域，如光纤通信、光存储等。
它具有体积小、效率高的特点。
3.CO2激光器CO2激光器是一种分子激光器，其工作介质是CO2分子。
CO2激光器具有中红外波段的辐射，波长在9.6-10.6微米之间。
CO2激光器在材料加工、医疗等领域有广泛应用，如切割、焊接、组织切割等。
4.Nd:YAG激光器Nd:YAG激光器是一种固体激光器，其工作介质是掺有镓和铽离子的YAG晶体。
它具有较长的荧光寿命和较高的能量转换效率，常用于材料加工、医疗、科学研究等领域。
5.氮化镓激光器（GaN激光器）氮化镓激光器是一种宽禁带半导体激光器，它利用氮化镓材料发射紫外激光。
GaN激光器具有较高的工作温度、较长的寿命和较高的光电子转换效率，可用于蓝光显示、白光LED照明等领域。
6.染料激光器染料激光器是一种利用染料溶液作为工作介质的激光器。
它具有波长调谐范围广、转换效率高的特点。
染料激光器在科学研究、生物医学等领域有广泛应用。
7.纳秒脉冲激光器纳秒脉冲激光器是一种能够在纳秒时间尺度内产生激光脉冲的激光器。
它广泛应用于材料加工、精密测量、医疗等领域，如激光打标、激光切割、激光测距等。
总之，激光器具有波长可调、能量可控、光束质量高等优点，能满足不同应用领域的需求。
随着材料科学、光学技术的不断发展，激光器的种类也在不断增多，并得到了广泛的研究和应用。
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31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
常用气体激光器讲解
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
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1、战鼓一响，法律无声。——英国 2、任何法律的根本；不，不成文法本 身就是 讲道理 ……法 律，也 ----即 明示道 理。— —爱·科 克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正，其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等，但是在法律 面前人 人是平 等的。 —损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
§2.2 氦氖激光器
He
10 s
−4 −2
Ne
振 移 共 转
3S(2p55s)
21 s0
> 10−6 s
3.39µm
3P（ p54p） −8 s 2 10
10 s
23 s1
> 10−6 s 2S(2p54s) 共 转 振 移
632.8nm
2P(2p5 3p) −8 s 10
1. 辐 (667.8 609.6 、 、 594.4n ) m
2
3.泵浦 泵浦 由于气体工作物质吸收谱线宽度小， 由于气体工作物质吸收谱线宽度小 ， 不宜采用发射连 续谱的非相干光源泵浦，通常采用气体放电泵浦方式。 续谱的非相干光源泵浦，通常采用气体放电泵浦方式。 在放电过程中， 在放电过程中 ， 受电场加速而获得了足够动能的电子 与粒子碰撞时， 将粒子激发到高能态， 与粒子碰撞时 ， 将粒子激发到高能态 ， 在某一对能级间形 成了集居数反转分部。 成了集居数反转分部。 还可以采用化学泵浦、热泵浦和核泵浦。 还可以采用化学泵浦、热泵浦和核泵浦。 化学泵浦 4.应用 应用 与其它种类的激光器比较， 与其它种类的激光器比较 ， 气体激光器的突出优点是 输出激光的质量好。 因此， 输出激光的质量好 。 因此 ， 气体激光器在各个领域得到了 愈来愈多的应用。 愈来愈多的应用。
3
一、氦—氖(He-Ne)激光器的结构 氖 激光器的结构 1.He-Ne激光器特点 激光器特点 (1)He-Ne激光器是最早研制成功的气体激光器 激光器是最早研制成功的气体激光器(1960年末 。 年末)。 激光器是最早研制成功的气体激光器 年末 是最典型的惰性气体激光器。 是最典型的惰性气体激光器。 (2)He-Ne激光器输出的激光是连续光。 激光器输出的激光是连续光。 激光器输出的激光是连续光 (3)输出谱线多。从可见光到红外多条激光谱线。最强的是 输出谱线多。从可见光到红外多条激光谱线。 输出谱线多 632.8nm、1150nm和3390nm三条谱线。目前又获得橙光 、 三条谱线。 和 三条谱线 目前又获得橙光 (612nm)、黄光 、黄光(594nm)、绿光 的激光输出。 、绿光(543nm)的激光输出。 的激光输出
简述气体激光器讲解
简述气体激光器这是一类以气体为工作物质的激光器。
此地方说的气体能够是纯气体，也能够是混淆气体；能够是原子气体，也能够是分子气体；还能够是离子气体、金属蒸气等。
多半采纳高压放电方式泵浦。
最常有的有氦 - 氖激光器、氩离子激光器、二氧化碳激光器、氦 - 镉激光器和铜蒸气激光器等。
氦 - 氖激光器是最早出现也是最为常有的气体激光器之一。
它于 1961 年由在美国贝尔实验室从事研究工作的伊朗籍学者佳万 (Javan) 博士及其同事们发明，工作物质为氦、这是一类以气体为工作物质的激光器。
此地方说的气体能够是纯气体，也能够是混淆气体；能够是原子气体，也能够是分子气体；还能够是离子气体、金属蒸气等。
多半采纳高压放电方式泵浦。
最常有的有氦- 氖激光器、氩离子激光器、二氧化碳激光器、氦 - 镉激光器和铜蒸气激光器等。
氦- 氖激光器是最早出现也是最为常有的气体激光器之一。
它于1961 年由在美国贝尔实验室从事研究工作的伊朗籍学者佳万 (Javan) 博士及其同事们发明，工作物质为氦、氖两种气体按必定比率的混淆物。
依据工作条件的不一样，能够输出 5 种不一样波长的激光，而最常用的则是波长为632.8 纳米的红光。
输出功率在0.5 ～100 毫瓦之间，拥有特别好的光束质量。
氦 - 氖激光器是目前应用最为宽泛的激光器之一，可用于外科医疗、激光美容、建筑丈量、准直指示、照排印刷、激光陀螺等。
许多中学的实验室也在用它做演示实验。
比氦 - 氖激光器晚 3 年由帕特尔 (Patel)发明的二氧化碳激光器是一种能量变换效率较高和输出最强的气体激光器。
目前准连续输出已有 400 千瓦的报道，微秒级脉冲的能量则达到 10 千焦，经适合聚焦，能够产生 1013 瓦／米 2 的功率密度。
这些特征使二氧化碳激光器在众多领域获得宽泛应用。
工业上用于多种资料的加工，包含打孔、切割、焊接、退火、熔合、改性、涂覆等；医学上用于各样外科手术；军事上用于激光测距、激光雷达，以致定向能武器。
气体激光器原理
气体激光器原理
气体激光器是一种常见的激光器类型，它是利用气体放电产生激光的装置。
它的原理是利用气体在电场作用下发生电离放电，产生被激发态分子的能级上升，从而产生激光。
气体激光器的工作原理可以分为四个步骤：激发，扩散，反射和输出。
第一步：激发
在气体激光器中，气体通常被加热或电离来激发其原子或分子的能级。
这种能级激发可以通过不同的方法实现，例如电子束加热、电子激发或光激发等。
第二步：扩散
激发后的气体分子会在激发能级上升并达到临界能级时发射出激光。
这些激光被扩散在气体中，产生激光能量密度与气体浓度的关系。
第三步：反射
激发后的激光被反射回激发器中，再次激发气体分子。
这个过程通常用反射镜实现。
第四步：输出
激光通过输出镜从激光器中输出。
气体激光器的工作过程中，气体的种类、压力、温度、激发方式、激发电极的形状和位置等参数都对激光器的性能和输出功率有重要影响。
同时，气体激光器的输出波长也与气体的种类和激励方式有关。
气体激光器的应用非常广泛，例如在医疗、工业、研究和军事等领域。
其中，CO2激光器是工业生产中应用最广泛的气体激光器之一，可用于切割、焊接、打标和激光切割等领域。
此外，氦氖激光器、氖激光器和氩激光器等也有许多应用。
气体激光器是一种成熟而重要的激光器类型，其原理简单易懂，应用广泛，未来也必将在各个领域中继续发挥重要作用。
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二、染料分子的光辐射过程
吸收了外来光子后，分子 就从基态能级跃迁到S1态的较 高的振动转动能上（图中 A→b）。由于频繁的热交换， 大多数被激发的分子无辐射地 衰变到S1态的最低的振动转动 能级上（图中b→B）。这样， 在B与基态S0的较高的振动转动 能级（图中a）之间就实现了粒 子数反转。当反转达到阈值时， 就可以产生激光。 可见染料激光形成过程，经 历了两次无辐射跃迁。
一、工作原理
激发过程一般分两步： 气体放电后，放电管中的 高速电子与中性氩离子碰 撞，从氩离子中打出一个 电子，使之电离，形成处 在基态上的氩离子；该基 态Ar+再与高速电子碰撞， 被激发到高能态，当激光 上下能级间产生粒子数反 转时，即可产生氩离子激 光。 因此，氩离子激光器 的激活粒子是Ar+。
纵向电激励水冷内腔式封离型 CO2激光器的典型结构
折叠式CO2激光器（水冷套未画出） 横向循环流动CO2激光器
纵向流动CO2激光器
三 、输出特性
1、能量转换效率高 ： 20～25% (氦氖激光器的能量转换 效率仅为千分之几) ；
2、常用的CO2激光器输出波长为10.6 m ，属于中红外区， 对人眼损害小；
染料分子能级图
三、染料分子的三重态“陷阱”
能级图中的T1和T2是三重态。 由于三重态T1较单态S1低，所以处 在S1中的分子很容易无辐射地跃迁 到T1上，又因为T1与S0之间不产生 辐射跃迁，而且T1的寿命较长，约 为10-4～10-3s，所以T1态对于激发 分子来说，相当于一个“陷阱”。 当T1态上积累了足够的分子后， T1→T2的吸收将很快使激光器的增 益下降，以致激光淬灭。通常采用 的方法是在染料中加入三重态淬灭 剂，缩短Tl的寿命。
染料激光器
固体或其它激光所输出的波长已几乎覆盖了真空紫外至 红外波段，还出现了X射线波激光器。但是，一般激光器输 出的波长都是固定单一的，至多也只是有几个波长，这在应 用上有一定的局限性。为此人们研究了可调谐激光。 染料激光器是液体激光器的一种，以染料为工作物质， 如若丹明6G等，溶剂有乙醇、苯类、水及其他物质。染料的 能量转换效率很高，可达数百毫瓦。染料激光器的最大特点 是其输出波长在一定范围内连续可调，所以称为可调谐激光 器。医学上常用的可调谐染料激光器有：N2激光泵浦可调谐 染料激光器和Nd：YAG激光泵浦可调谐染料激光器等。0.Biblioteka 00.75 1.50 0.70
4P4D05/2——4S2P3/2
4P4D03/2——4S2P3/2
514.5
528.7
2.00
0.34
准分子激光器
一、工作物质
“准分子” ：不是稳定分子。它是混合气体受到外来 能量激发所引起的一系列物理和化学的反应中曾经形成但转 瞬即逝的分子，其寿命仅为几十毫秒。 这类激光器的工作物质是受激的气体原子(如Ar、Kr、 Xe，用Rg表示)和卤元素(例如F、Cl，用X表示)结合而成的 准分子，如氟化氩(ArF)、氯化氪(KrCl)、氟化氙(XeF)等;
二氧化碳激光器
属分子气体激光器
一、工作原理
1、CO2分子运动
CO2分子有三种不同的运动形式： 1.对称振动(b) 2.形变振动(c)
方向相反
3.非对称振动(d)
2、工作物质
1.CO2气体是工作物质，辅助气体有N2、He、Xe和H2等； 2.N2在气体中起能量转移作用。N2分子受电子碰撞的概率很 大，放电中使大量N2处于亚稳态。通过近共振碰撞把内能转 移给CO2分子，实现粒子数反分布 ； 3.He对CO2分子有冷却作用，也可加速下能级粒子数抽空；
Dye Lasers
很多有机染料可以被用作激光介质。其中最常见的是若丹明6G （Rhodamine 6G），溶于甲醇或者乙二醇。 跃迁上下能级由于和溶剂 的相互作用而分裂为连续 的能带。分子被激发到上 能带后迅速无辐射弛豫到上能带的最低 能级，并由此向基态各能级跃迁，产生 荧光辐射。辐射荧光曲线不随激发光源 的改变而改变。
制做角膜瓣
准分子激光切削
角膜瓣复位
LASIK手术示意图
角膜微切器切割角膜
角膜瓣形成并翻转
角膜中间基质切削区准备
准分子激光切削角膜基质
角膜瓣复位
准分子激光角膜原位磨镶术完成
智慧型大小光斑技术: 根据不同的个人数据， 系统自动调整光斑大小： 光斑直径可在0.656.5mm范围内变化。可 使复杂的角膜切削变得 极为轻松。
二、棱镜调谐
图示为一种折叠式纵向泵浦染料激光器原理图， 腔内放臵的棱镜是一种色散元件。由于棱镜的色散 作用，一束来自M3、M2的不同波长的光，将有不同 的折射方向。当旋转平面反射镜M1使其与某一波长 的光垂直时，该波长光便能返回谐振腔，形成振荡。 因此，旋转M1便可实现调谐作用。
Tunable Lasers
直管闪光灯泵浦的染料激光器示意图
一般由激光工作物质、激励光源、聚光系统和谐振腔 及波长选择装臵组成
输出特性
• 1．输出激光波长可调谐 某些染料激光波长的可调宽度达 上百纳米，所以称为可调谐激光器。 • 2．由于染料分子能级的准连续宽带结构，其荧光谱范围也 是准连续宽带，这既使得染料激光器在大范围内可调谐，目 前由染料激光器产生的超短脉冲宽度可压缩至飞秒（10-15秒） 量。 • 3．染料激光器的输出功率大，达数百毫瓦，可与固体激光 器比拟，并且价格便宜。 • 4．染料分子是一种四能级级系统，由于S0的较高振动能级 在室温时粒子数几乎为0，所以很容易实现粒子数反转，使 得染料分子激光器的阈值很低。
采取两次电子碰撞 将氩原子激发到 3p44P 态要比直接碰撞、一次 将氩原子激发到3p44P态 的电子能量要小，后者 只能在低气压放电中才 有如此大的能量 （35.5eV）。 由于3p44P 和 3p44S能级上有许多不 同的电子态，所以氩 离子激光输出由丰富 的谱线。最强的谱线 波长是488.0nm、 514.5nm。
4. 能够精确聚焦和控制，其切 削精度非常高，每个光脉冲切削深 度为0.2微米，能够在人的头发丝 上刻出各种花样来。
准分子激光治疗近视眼的原理 近视眼由于眼球的前后径 太长，眼角膜前表面太凸，外 界光线不能准确会聚在眼底所 致。 准分子激光矫正近视是用 电脑精确控制的准分子激光， 根据近视度数和有无散光在瞳 孔区的角膜基质层进行刻蚀， 使眼角膜前表面稍稍变平。从 而使外界光线能够准确地在眼 底视网膜上会聚成像，达到矫 正近视的目的。
什么是LASIK手术?
LASIK手术即准分子激光原位角膜磨镶术（Laser in Situ
Keratomileusis）：医生用角膜刀掀开一个角膜瓣，在瓣下角 膜基质层上用准分子激光根据近视、远视、散光度数进行精确切
削。患者术前检查的数据卡输入计算机，由计算机控制切削的范
围和深度，削出一个光滑的曲面，相当于在角膜上切削出一个眼 镜片，使视力变得清晰。 它采用自动微型角膜板层节削仅进行手术，在角膜表面切削一直 径8毫米，厚0.16毫米的带蒂板层角膜瓣，翻转角膜瓣后，应用 准分子激光电脑控制多步分区角膜基质内切削，最后将角膜瓣复 位。
二、基本结构
氩离子激光器包括： 放电管、电极、回气管、谐振腔、轴向磁场等。
氩离子激光器分段石墨放电管
国产的氩离子激光管
三、输出特点
1、是一种惰性气体离子激光器 ，在离子激光器中输出效率 最高； 2、其输出波长较多，主要有 514.5nm和488.0nm两个蓝绿色 的谱线，是可见光区域中最强的激光器。 ； 3、一般连续输出几瓦到十几瓦，甚至上百瓦。 4、输出波长易 被血红蛋白吸收，所以氩离子激光器对生物 止血效果最好。 在临床上主要用于外科手术，用它作“光 刀” ，尤其是上、下消化道出血时，氩离子激光器可以利用 光纤导人内镜进行止血等非手术治疗。目前它广泛用于眼科 凝固、皮肤科、内科等综合治疗领域。
三维主动眼球跟踪技术: 除对眼球在XY轴运动进行追踪 外，还可以追踪眼球在Z轴的立体 位移，可随眼球运动自动将激光调 整到切削点，极大的加强了手术的 安全性和精确性。
高精度200Hz飞点扫描、193nm 氟化氩（ArF)准分子激光和最优 光传输系统的完美结合形成光斑 直径0.8mm优化高斯光束
二、工作原理
通常情况下，基态的稀有气体原子化学性质稳定，因此 呈两种气体混合状态（Rg+X） 。但当它们受到激发时，如电 子束的轰击或高压激励等，稀有气体原子就可能从基态跃迁 到激发态，甚至被电离，这时很容易和另一个原子形成一个 寿命极短的分子（RgX） ，这种处于激发态的分子称受激二聚 物，简称准分子。 RgX基态分子寿命极短， 为10-13s量级，它沿着自己的势 能曲线想核间距增大的方向移 动，直至最终离解成独立的原 子Rg+X。激发态RgX*能级寿命 为10-8s量级，比基态稳定，因 此很容易形成粒子数反转。
三、基本结构
准分子激光器的结构
1．功率特性：准分子基态的电子迅速排空造成激光下能级总
是空的，这样有利于离子数反转的形成，即使 在超短脉冲下运转，从而可以获得较高的输出 功率（10瓦量级）。 从真空紫外到可见光区域 。
2. 输出波长:
3．脉冲特性： 由于基态寿命短，即使是超短脉冲情况下，
基态也可被认为是空的，因此准分子激光对 产生巨脉冲特别有利。
表 氩离子激光的可见光光谱线 激光跃迁能级 4P2S01/2——4S2P1/2 波长(nm) 457.9 或率（W） 0.35
4P2D03/2——4S2P3/2
4P2P03/2——4S2P1/2 4P2D05/2——4S2P3/2 4P2D03/2——4S2P1/2
472.7
476.5 488.0 496.5
输出特性
一、光栅调谐
图示为一种光栅—反射镜调谐腔。光束与谐振腔轴成一 个小角度θ（θ≈3°）。谐振腔由反射光栅G与一个镀有介 质膜的反射镜M组成。光栅G具有扩束和色散作用，转动光栅 就可以改变输出激光的频率。 腔内插入一个法布里—珀罗标准具，摆动标准具可以进 一步选择输出激光的频率。不插入标准具时，输出激光的线 宽为0.05nm，插入标准具后，可获得线宽约为0.001nm的单 模激光。