激光器的基本组成及典型激光器介绍
17.6 激光器的基本构成 激光的形成
2. 红宝石激光器
红宝石
脉冲 氙灯 椭圆柱面
触发
高压 直流电源
限流电阻
激励能源： 激励能源：脉冲氙灯
工作物质：红宝石中的Cr 工作物质：红宝石中的Cr+3
脉冲氙灯发出的光照射红宝石， 脉冲氙灯发出的光照射红宝石，使得 Cr+3 在亚稳态 和基态之间形成反转分布。 和基态之间形成反转分布。
k =1,2,3,⋅ ⋅ ⋅
I0 r1r2I0 e2GL ≤
增益介质
I0 eGL
3. 延长增益介质
阈值条件
rr2e2GL ≥1 1
r2
r1I0 e2GL
r1I0 eGL
பைடு நூலகம்
r1
三、几种常见的激光器
1. 氦氖激光器 氦氖激光器
高压 直流电源
工作物质： 工作物质：氖气
激励方式： 激励方式：直流气体放电
电子经电场加速后， 碰撞。 电子经电场加速后，与 He 碰撞。处于激发态的 He 碰撞， 与 Ne 碰撞，把能量传递给 Ne，使它在亚稳态（3s、2s） ，使它在亚稳态（ 、 ） 和激发态（ 和激发态（3p、2p）之间形成反转分布。 ）之间形成反转分布。
17.6 激光器的基本构成 激光的形成
一、激光器的基本构成及激光的形成 激光器的基本构成及激光的形成
1. 基本构成部分
谐振腔， 谐振腔，增益 介质，激励能源。 介质，激励能源。
谐振腔 增益介质
2. 激光的形成
光束在谐振腔 内来回震荡， 内来回震荡，在 增益介质中的传 播使光得以放大， 播使光得以放大， 并输出激光。 并输出激光。
全反 射镜 激励能源
部分 反射镜 (99%) %
二、谐振腔的作用
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、放大和聚焦激光光束的器件。
它在现代科学、医疗、工业和战争等领域都有广泛的应用。
常见的激光器结构主要包括激光介质、泵浦源、光学谐振腔和输出窗口等部分。
下面将对这些部分的功能进行详细介绍。
1.激光介质：激光介质是激光器的核心部件，它能够使电能或光能转化为激光能量。
常见的激光介质包括气体（如二氧化碳、氩等）、固体（如Nd:YAG晶体）和液体（如染料溶液）等。
不同激光介质具有不同的特性，决定了激光器的输出特点。
2.泵浦源：泵浦源是激光器产生激光能量的能源，它对激光介质进行能量输入，使之达到激发态。
常见的泵浦源包括电子激发（如气体放电、闪光灯等）、光学激发（如半导体激光二极管、固体激光晶体等）和化学激发（如染料激光器）等。
泵浦源的选择决定了激光器的效率和波长等参数。
3.光学谐振腔：光学谐振腔是激光器中光的来回传播的空间，在谐振腔内激光能量发生倍增和光模式形成。
常见的光学谐振腔包括平面腔、球面腔和折射腔等。
谐振腔的结构和参数决定了激光器的输出特征，如脉冲宽度、线宽和波前质量等。
4.输出窗口：输出窗口是激光器中激光能量传出的接口，它具有透过激光的特性，并使激光尽量少损耗。
常见的输出窗口材料包括光学玻璃、光纤和光学晶体等。
输出窗口的选择和设计是影响激光器输出功率和光束质量的重要因素。
除了上述部分，激光器还包括一些辅助器件和系统，如冷却系统、调谐器和稳频器等，它们的功能主要有以下几个方面：1.冷却系统：激光器在工作过程中会产生大量的热量，需要通过冷却系统来散热，以保持激光介质和泵浦源的稳定性。
常见的冷却方式包括空气冷却、水冷却和制冷剂冷却等。
2.调谐器：激光器的波长可能需要进行调整，以适应不同应用的需求。
调谐器通过改变光学谐振腔的长度或谐振性能，实现激光器波长的可调。
3.稳频器：激光器的频率稳定度对一些应用非常重要。
稳频器通过使用反馈调节和控制系统，使激光器的频率保持在目标值附近的范围内。
13激光器的基本组成及典型激光器介绍
氙、氧、溴、碘、
氮、硫、碳、铯、
镉、铜、锰、锡等
金属原子蒸气
CO2、N2、O2、CO、 CO2 和 N2 N2O 和水蒸气等 Ar2*、Xe2*、XeF*、 KrF*、ArF* KrF*、ArF*、XeCl*、 XeBr*、XeQ*、KrQ*
等
惰性气体离子和金 氩离子（Ar+）、氦—
属蒸气离子
镉（He-Cd）离子激 光器
2020年1月8日星期三
理学院 物理系
§ 1-3 典型激光器简介
一般固体激光器：由工作物质、泵浦系统、谐振 腔和冷却滤光系统四个主要部分组成。
基 工作 质 物质 掺
杂 泵浦系统
激光波长
红宝石激光器 刚玉晶体 （Al2O3）
Nd:YAG 激光器 钇铝石榴石晶体 Y3Al5O12
Cr2O3
Nd2O3
钕玻璃激光器 光学玻璃（硅酸 盐，硼酸盐、磷 酸盐）
核能激励——用核裂变反应放出的高能粒子、放射线或裂变 碎片等来激励工作物质，也可实现粒子数反转；
2020年1月8日星期三
理学院 物理系
§ 1-3 典型激光器简介
3、谐振腔：形成激光振荡的必要条件；对输出
的模式、功率、光束发散角等均有很大影响。
谐振腔的作用：模式选择、提供轴向光波模的 反馈，产生光放大； 谐振腔的组成：谐振腔由全反射镜和部分反射 镜（输出反射镜）组成，激光由部分反射镜输 出。根据实际情况选用稳定腔、非稳腔或临界 稳定腔。
对比：固体可调谐激光器：掺钛蓝宝石激光器。
2020年1月8日星期三
理学院 物理系
§ 1-3 典型激光器简介
其它激光器
光纤激光器 化学激光器 气动激光器 色散激光器 自由电子激光器 单原子激光器 X射线激光器
简述一台激光器的主要组成部分及其作用
简述一台激光器的主要组成部分及其作用1.引言1.1 概述概述激光器是一种能够产生高能、高亮度、单色、相干的激光光束的设备。
它在科学研究、医学、工业生产以及通信等领域都有广泛的应用。
激光器的主要组成部分包括光源和激光介质，它们各自担负着不同的作用，共同实现激光的发射。
在激光器中，光源是产生激光所需的能量源。
光源可以是光电器件、气体放电管、固体或液体激光材料等，其作用是提供能量以激发激光介质中的原子或分子跃迁，从而产生激光。
光源的选择和性能直接影响着激光器的输出功率、频率特性和光束质量。
激光介质是激光器中的一个重要组成部分，它通常由激光材料制成。
激光介质中的原子或分子能够被光源中的能量激发，产生受激辐射并反转粒子的能级分布，最终导致激光的发射。
激光介质的选择和性能决定着激光器的输出光束特性，如激光波长、光束质量、相干性等。
在本篇文章中，我们将详细介绍激光器的主要组成部分以及它们的作用。
通过对光源和激光介质的深入了解，读者将能够更好地理解激光器的工作原理和应用。
同时，我们也将探讨光源和激光介质的选择与优化对激光器性能的影响，为读者在实际应用中提供一定的指导和参考。
本文的目的是为读者提供一个全面而简明的激光器基础知识概述，并帮助读者更好地理解激光器的组成和作用。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容：在本文中，将详细介绍一台激光器的主要组成部分及其作用。
文章主要分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分将对本文的主题进行概述，并介绍文章的结构和目的。
首先，将简要说明激光器的重要性和广泛应用领域。
然后，说明本文将重点介绍激光器的主要组成部分及其作用。
正文部分是本文的主体，包括两个小节。
第一个小节将详细介绍激光器的主要组成部分，主要包括光源和激光介质。
对于光源，将介绍不同类型的光源以及它们的特点和用途。
对于激光介质，将介绍常用的激光介质材料及其特性。
第二个小节将探讨这些组成部分的作用。
具体来说，将讨论光源在激光器中起到的作用以及不同激光介质在激光发射中的作用机制。
典型激光器介绍大全(精华版)
2
M 2 1, 越小光束质量越好
激光的偏振特性 偏振性主要取决于工作物质
各向同性介质在应力及热效应作用下导致应力
双折射，激光输出具有部分偏振特性。
在谐振腔中有偏振元件，激光输出也会具有偏
振性
B、固体工作物质
1、端面泵浦
2、侧面泵浦
3、基于内反射的泵浦构型
3、泵浦耦合技术
B、耦合光学系统 聚光腔
聚光腔材料选择
3、泵浦耦合技术 B、耦合光学系统
• 金属：铝——轻型系统 铜——热膨胀系数小，导热率高 不锈钢——不生锈，光洁度高，热导率低 • 玻璃：易碎，导热性差，不生锈，耐腐蚀 • 陶瓷：易碎，导热性差，不生锈，耐腐蚀
（4）连续波可调谐钛蓝宝石激光器
3900S CW Tunable Ti:sapphire Laser
The high-performance, tunable, solid state IR laser
输出波长从675到1100nm 由Ar laser或LD泵浦532nm激光器泵浦 TEM00输出功率可达3.5W cw
42
CO2激光器
> 1 atm 一定压力的CO2, N2, He混合的气体分子激光器 波长 9-11um，最常见10.6um 效率高，功率范围大（几瓦~几万瓦） 光束质量好 运行方式多样，结构多样
CO2激光器中，加入其中的氦有利于激光下能级
抽空。氮气加入主要在CO2激光器中起能量传递作
工作原理dyelaseroutputcurvesofsomecommonlaserdyes自由电子穿过磁场产生自发辐射自由电子跟光场的能量转移自由电子的群聚光波长尺度小团产生相干辐射4自由电子激光器杰斐逊实验室自由电子激光器第一个自由电子激光器irdemo于1999年8月调试完毕北京自由电子激光装置bfel是一台基于30mev电子直线射频加速器驱动用热阴极微波电子枪和a铁作为注入器用平面型永磁扭摆铁和光学谐振腔作为光电互作用装置的低增益中远红外719mm自由电子激光器
第3讲 典型激光器介绍及光线传输矩阵
能级
图
封离式CO2激 光器结构示意 图
12
3.1 典型激光器介绍
13
3.1 典型激光器介绍
▪ Ar+离子激光器
➢ 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。如下图所示为石墨放电管的分段结构 。
分段石墨结构Ar+激光器示意图
14
3.1 典型激光器介绍
15
3.1 典型激光器介绍
3、不同介质介面（平面）
ro ri 0
ro
0
1 2
ri
1
ro ro
0
0
1 2
ri ri
Байду номын сангаас
由近轴近似，折射定律可以写成
1 sin ri 2 sin ro 1 ri 2 ro
辐射不是基于原子分子或离子的束缚电子能级间的跃磁韧致辐射带电粒子在磁场中受到洛伦兹力的作用会作加速运动从而产生辐射当速度接近光速的电子作圆周运动时将会辐射出光子由于这种辐射1947年在同步加速器上被发现的因而被命名为同步辐射synchrotronradiation切伦科夫辐射当电子在介质中运动时如果它们的速度比光在介质中的相速度大电子也会产生光辐射其波长随着电子速度而变化虽然光很弱但却是单色性很好的辐射光
➢ 谱线范围宽 ---目前有数百种气体和蒸气可以产生激光，已经观测到 的激光谱线近万余条，谱线覆盖范围从亚毫米波到真空紫外波段， 甚至 X射线、射线波段。
➢ 光束质量优---工作物质均匀一致保证了气体激光束的优良光束质量， 在光束的相干性、单色性方面优于固体、半导体激光器，如He-Ne 激光的单色性很高，Δλ很容易达到10-9～10-11nm，其发散角只有l～ 2毫弧度。
激光器产生激光的三个基本结构
激光器产生激光的三个基本结构一、引言激光器是一种能够产生单色、高亮度、几乎无散射的光束的装置，广泛应用于科学研究、医疗、通信等领域。
激光器的基本结构有三种，分别是气体激光器、固体激光器和半导体激光器。
本文将详细介绍这三种激光器的基本结构及其工作原理。
二、气体激光器1. 气体激光器的基本结构气体激光器由放电管和反射镜组成。
放电管是一个密闭的玻璃管，内部填有稀薄气体（如氦氖气），两端分别安装有高压电极和低压电极。
反射镜则是由两个平面镜或球面镜组成，其中一个反射镜具有一定透过率。
2. 气体激光器的工作原理当高压电极加上高电压时，放电管内的气体被电离，形成等离子体。
等离子体中的自由电子通过碰撞使得氦原子发生受激辐射，产生激光。
激光在反射镜间来回反射，形成一个稳定的激光束。
3. 气体激光器的应用气体激光器广泛应用于科学研究、医疗、通信等领域。
其中，二氧化碳激光器被广泛应用于工业加工领域，如切割、焊接和打孔等。
三、固体激光器1. 固体激光器的基本结构固体激光器由放电管和固态材料组成。
固态材料通常是掺有特定元素（如钕）的晶体或玻璃材料。
放电管则是一个密闭的腔体，内部填有闪烁物质（如氙气），两端分别安装有高压电极和低压电极。
2. 固体激光器的工作原理当高压电极加上高电压时，放电管内的闪烁物质被电离，形成等离子体。
等离子体中的自由电子通过碰撞使得掺杂元素发生受激辐射，产生激光。
激光在固态材料中来回反射，形成一个稳定的激光束。
3. 固体激光器的应用固体激光器广泛应用于科学研究、医疗、通信等领域。
其中，钕掺杂的固态激光器被广泛应用于医疗领域，如眼科手术和皮肤美容等。
四、半导体激光器1. 半导体激光器的基本结构半导体激光器由PN结和反射镜组成。
PN结是由P型半导体和N型半导体组合而成的结构，反射镜则是由两个端面反射镜组成。
2. 半导体激光器的工作原理当PN结加上正向电压时，电子从N型区域流向P型区域，与空穴复合产生辐射能量，产生激光。
激光器的组成和常见激光器
半导体激光器
2 激光的特性及其应用 (1)方向性好
激光束的发散 角很小,一般为 角很小,
105 108 sr
激光定位,导向, 激光定位,导向, 测距等就利用了方向 性好的特点. 性好的特点.
激光的特性及其应用
(2)单色性好 计量工作的 标准光源, 标准光源,激光 通讯等利用了单 色性好的特点. 色性好的特点.
脉冲输出连续输出梅曼和第一只激光器红宝石激光器气体激光器固体激光器液体激光器半导体激光器2激光的特性及其应用2激光的特性及其应用1方向性好激光束的发散角很小一般为101010108855sr???激光定位导向测距等就利用了方向性好的特点
8.7 激光器的种类 1 激光器的组成和常见激光器 常用激光器由三部分组成: 常用激光器由三部分组成: 激励能源 激光
激光的特性及其应用
(4)相干性好 (4)相干性好 激光具有很好的相干性. 激光具有很好的相干性. 普通光源的相干长度约为1毫米至几十厘米, 普通光源的相干长度约为1毫米至几十厘米, 激光可达几十公里. 激光可达几十公里. 全息照相,全息 全息照相, 存储等就利用了相干 性好的特点. 性好的特点.
全息相
(3) 激光的应用
激光动力火箭
�
工作物质 泵浦源 光学谐振腔
工作物质
M1
谐振腔
激光器结构示意图
M2
激光器的组成和常见激光器
激光器的分类 按工作物质分 : 气体激光器 固体激光器 液体激光器 半导体激光器 自由电子激光器
连续输出 按输出方式分: 按输出方式分: 脉冲输出
梅曼和第一只激光器
红宝石激光器
气体激光器
固体激光器
液体激光器
激光的特性及其应用
激光能量在时间和空间上高度集中, 激光能量在时间和空间上高度集中,能在极 小区域产生几百万度的高温. 小区域产生几百万度的高温. 激光加工,激光手术, 激光加工,激光手术,激光武器等就利用 了高亮度的特点. 了高亮度的特点.
激光器及其原理简介
♦ Ne原子可以产生多条激光谱线, 图中标明了最强的三条:
0．6328μｍ 1．15 μm 3．39 μｍ
它们都是从亚稳态到非亚稳态、 非基态 之间发生的，因此较易实现粒子数反转。
§4 增益系数
激光器内受激辐射光 来回传播时，并存着
增益 损耗
增益——光的放大；
损耗——光的吸收、散射、衍射、透射 （包括一端的部分反射镜处必要 的激光输出）等。
§6 激光的特性及其应用
★方向性极好的强光束 --------准直、测距、切削、武器等。
★相干性极好的光束 --------精密测厚、测角，全息摄影等。
例１．激光光纤通讯
由于光波的频率 比电波的频率高 好几个数量级，
一根极细的光纤 能承载的信息量， 相当于图片中这 麽粗的电缆所能 承载的信息量。
若 E2 > E 1，则两能级上的原子数目之比
N2
− E2 − E1
= e kT
<1
N1
数量级估计：
T ～103 K；
kT～1.38×10-20 J ～ 0.086 eV;
E 2-E 1～1eV;
N2
− E2 − E1
= e kT
−1
= e 0.086
≈ 10−5
<< 1
N1
但要产生激光必须使原子激发;且 N2 > N1, 称粒子数反转(population粒子数反转 一. 为何要粒子数反转 (population inversion)
从E2 E1 自发辐射的光，可能引起 受激辐射过程，也可能引起吸收过程。
⎜⎛ ⎝
dN 21 dt
⎟⎞ ⎠受激
=
B21ρ (ν
,T
)N 2
红外及紫外激光器整体结构及功能介绍
红外及紫外激光器整体结构及功能介绍红外及紫外激光器整体结构及功能介绍激光技术作为一种先进的光电技术，广泛应用于医疗、通信、制造和军事等领域。
其中，红外及紫外激光器作为重要的激光器种类，在各个领域都有着重要的应用。
今天，我们就来深入了解一下红外及紫外激光器的整体结构及功能。
了解一种设备或技术的整体结构是进行深入研究和应用的基础。
红外激光器和紫外激光器在结构上有一些共同点，也有一些差异之处。
我们将从整体结构的方面着手，深入了解红外及紫外激光器。
一、整体结构1. 主谐振腔在红外及紫外激光器的整体结构中，主谐振腔是至关重要的一部分。
主谐振腔由激光介质、激光器泵浦源、谐振腔镜等组成，是激光器的核心部分。
红外激光器和紫外激光器的主谐振腔结构有所不同，我们可以逐一进行比较分析。
2. 光学系统光学系统是红外及紫外激光器中不可或缺的部分，它对激光产生和输出起着至关重要的作用。
光学系统包括产生激光、放大激光和输出激光等步骤，不同的激光器对光学系统的要求各有不同。
3. 控制系统在红外及紫外激光器的整体结构中，控制系统起着调节和稳定激光器性能的重要作用。
控制系统可以包括温度控制、频率稳定、脉冲控制等功能，是激光器稳定运行的保障。
二、功能介绍1. 红外激光器的功能- 红外激光器在通信、医疗、材料加工和测量等领域有着广泛的应用。
它具有窄谱线宽、高聚焦能力和强穿透力等特点，能够在红外光谱范围内实现高功率、高亮度的激光输出，广泛应用于激光雷达、红外成像、医学诊断等方面。
2. 紫外激光器的功能- 紫外激光器在光刻、荧光光谱分析、材料加工和科研实验等领域有着重要的应用。
它具有较短的波长、较高的能量密度和较小的散射程度，可以实现对微小器件的加工和表面的精细处理，广泛应用于光刻制造、荧光光谱分析、材料化学反应等方面。
三、个人观点和理解红外及紫外激光器作为先进的激光器技术，在现代科学技术领域有着广泛的应用前景。
它们不仅在基础研究中发挥作用，也在医疗、通信和制造等行业中有着不可或缺的地位。
激光原理与应用讲第五章
典
数千瓦，脉冲峰值功率可达几十太瓦），结构紧凑牢固。
型
激 光
5.1.1 固体激光器的基本结构与工作物质
器
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
介 绍
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)。
§.
光 器5
1 固 体 激
图5-1 固体激光器的基本结构示意图
§.
光 器5
1 固 体 激
图(5-8) 板条形固体激光器结构示意图
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第 五 章
典 型 激 光 器 介 绍
光 器5
1 固 体 激
§.
小结：
固体激光器的特点：输出能量大，峰值功率高，结构紧凑牢固。 红宝石激光器输出的典型波长：694.3nm。 YAG激光器输出的典型波长：1064nm。
图(5-18) 染料的吸收-荧光光谱图
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第 5.3.2 染料激光器的泵浦
五 1.闪光灯脉冲泵浦 章
典
2.激光脉冲泵浦
型
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，红宝石激
激
光器，钕玻璃激光器，铜蒸气激光器，准分子激光器，以及这些激光的二次、
光
三次谐波等。
器
介
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。
绍
§.
光 器5
3 染 料 激
图(5-19) 三镜腔式染料激光器
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第
五 5.3.3 染料激光器的调谐
章
典 1. 光栅调谐
激光器光路系统的组成-概述说明以及解释
激光器光路系统的组成-概述说明以及解释1.引言1.1 概述激光器是一种将电能转化为激光能的设备，它在现代科技和工业领域发挥着重要作用。
激光器的光路系统是激光器的核心组成部分，它决定了激光器的性能和输出功率。
光路系统由多个元件组成，包括透镜、反射镜、光栅、偏振片等，它们共同构成了光学腔。
通过精心设计和优化光路系统，可以提高激光器的效率和稳定性，实现更精确的激光输出。
本文将介绍激光器光路系统的组成要素及优化设计方法，以探讨如何提升激光器的性能和应用价值。
1.2 文章结构本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分中，首先概述了激光器光路系统的重要性，然后介绍了文章的结构和目的，为读者提供了整体的阅读框架。
正文部分分为三个小节，分别是激光器的基本原理、光路系统的组成要素以及激光器光路系统的优化设计。
在这部分，将会深入探讨激光器的工作原理、光路系统中各个要素的作用和功能，以及如何优化设计光路系统以提高激光器的性能。
在结论部分，将对激光器光路系统的重要性进行总结，展望未来的发展趋势，并以简洁的结束语来概括文章的主要内容，为读者留下深刻的印象。
整个文章结构清晰，逻辑性强，希望能给读者带来新的启发和认识。
1.3 目的激光器光路系统作为激光器的核心部件，其设计和优化对于激光器性能的提升至关重要。
本文的目的在于深入探讨激光器光路系统的组成要素及优化设计策略，帮助读者更好地理解和应用激光器光路系统，提高激光器的输出功率、波长稳定性和光束质量，推动激光技术在各个领域的应用和发展。
同时，本文旨在引起更多研究者对激光器光路系统的关注，促进相关领域的研究和合作，为激光技术的进步和创新做出贡献。
2.正文2.1 激光器的基本原理激光器是一种能够产生聚焦、一定波长和相干性极高的光束的装置。
其基本原理是通过对物质进行激发，使之产生受激辐射，从而产生激光。
在激光器中，主要有三个要素：激发源、增益介质和谐振腔。
首先，激发源通常是一种能够提供能量的装置，例如激光二极管、氙灯等。
激光器的基本结构_激光器的基本构造特点【完整解析】
激光器的基本结构_激光器的基本构造特点内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、数控系统、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展.激光器一般包括以下部分。
1、激光工作介质激光的产生必须选择合适的工作介质，可以是常体、液体、固体或半导体。
在这种介质中可以实现粒子数反转，以制造获得激光的必要条件。
显然亚稳态能级的存在，对实现粒子数反转世非常有利的。
现有工作介质近千种，可产生的激光波长包括从真空紫外道远红外，非常广泛。
作为激光器的核心，是由激活粒子（都为金属）和基质两部分组成，激活粒子的能级结构决定了激光的光谱特性和荧光寿命等激光特性，基质主要决定了工作物质的理化性质。
根据激活粒子的能级结构形式，可分为三能级系统（例如红宝石激光器）与四能级系统（例如Er：YAG激光器）。
工作物质的形状目前常用的主要有四种：圆柱形（目前使用最多）、平板形、圆盘形及管状。
2、激励源为了使工作介质中出现粒子数反转，必须用一定的方法去激励原子体系，使处于上能级的粒子数增加。
一般可以用气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发介质原子，称为电激励；也可用脉冲光源来照射工作介质，称为光激励；还有热激励、化学激励等。
各种激励方式被形象化地称为泵浦或抽运。
为了不断得到激光输出，必须不断地“泵浦”以维持处于上能级的粒子数比下能级多。
泵浦源能够提供能量使工作物质中上下能级间的粒子数翻转，目前主要采用光泵浦。
泵浦光源需要满足两个基本条件：有很高的发光效率和辐射光的光谱特性应与工作物质的吸收光谱相匹配。
常用的泵浦源主要有惰性气体放电灯、太阳能及二极管激光器。
其中惰性气体放电灯是当前最常用的，太阳能泵浦常用在小功率器件，尤其在航天工作中的小激光器可用太阳能最为永久能源，二极管(LD)泵浦是目前固体激光器的发展方向，它集合众多优点于一身，已成为当前发展最快的激光器之一。
常见激光器结构及器件功能介绍
度匹配，o、e光折射率），而抑制其他频
率的谐波，而获得波长减少一半的激光，
如1064 nm的激光通过ktp倍频晶体后可
获得532 nmA的激光。
7
分类 腔内倍频
Q LBO Nd:YVO4 腔外倍频
Q
Nd:YVO4
A
LBO
8
打标机用到的激光器
CO2激光器，新锐、相干、自制
YAG灯泵浦固体激光器
小孔 半反镜
-
YAG灯泵浦固体激光器
A
11
全反镜
Q头
泵浦头
小孔 半反镜
侧面泵浦激光器
A
12
光纤
准直聚焦系统 全反镜 激光晶体 Q头 半反镜
激光二极管（LD）
端面泵浦激光器
A
13
光纤
耦合系统 全反镜 Yb:YLP 半反镜
激光二极管（LD）
光A 纤激光器
器 灯泵浦 侧面泵浦 端面泵浦
F-θ聚焦镜
A
20
F-θ聚焦镜
■ F-θ聚焦镜是一种可以保证激光焦点始终在工作 台平面上的一种聚焦镜。
■它具有一定的焦深，可以使激光打标机在一定曲面上 进行打标。 ■每一种聚焦镜有各自的焦距，对应不同的打标范围，
各镜头最大的打标范围如下表：
焦距(mm) 100 160 210 254 420 A
头） Q驱：自制，NEOS，GOOCH 振镜:德国SCANLAB 7和SCANLAB10
A
24
EP系列打标机
EP-12和EP-25L
A
25
应用该激光器打标机型
EP-25S(DRACO)和EP-TWIN25S(DRACO)
A
26
绿激光系列
激光器简介介绍
05 激光器的未来发展趋势和 挑战
高功率激光器的研发和应用
高功率激光器在国防、工业和 医疗等领域具有广泛的应用前 景。
研发高功率激光器的关键在于 提高输出功率、光束质量和稳 定性，以及降低制造成本。
高功率激光器在材料加工、激 光雷达、照明和通信等领域已 取得重要进展。
超快激光器的研发和应用
应用
二氧化碳激光器在医疗美容中应用广 泛，如激光手术刀、皮肤美白等。
固体激光器
特点
体积小、重量轻、效率高、操作简单。
应用
用于材料加工、打标、雕刻等领域。
液体激光器
特点
输出波长可调、效率较高。
应用
用于生物医学、光谱学等领域。
半导体激光器
要点一
特点
体积小、寿命长、价格便宜。
要点二
应用
用于光纤通信、数据存储等领域。
激光打标
利用激光的高能量密度在 物体表面刻印图案、文字 或编码等标识，实现高效 、环保的打标方式。
激光焊接
通过激光束将两个或多个 材料连接在一起，具有高 精度、高强度和高密封性 等优点。
医学领域
激光治疗
利用激光的能量照射人体组织， 通过热能、光化学效应等作用达 到治疗目的，如激光手术、激光
美白等。
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光纤激光器
特点
输出波长稳定、效率高、光束质量好。
VS
应用
用于高速光纤通信、激光雷达等领域。
03 激光器的组成和工作02
03
04
增益介质
用于提供能量放大作用，通常 由气体、液体、固体或半导体
等材料组成。
泵浦源
用于向增益介质提供能量，通 常采用光、电、化学等方法。
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。
激光器的基本结构
激光器的基本结构1、激光工作介质激光的产生必须选择合适的工作介质，可以是常体、液体、固体或半导体。
在这种介质中可以实现粒子数反转，以制造获得激光的必要条件。
显然亚稳态能级的存在，对实现粒子数反转世非常有利的。
现有工作介质近千种，可产生的激光波长包括从真空紫外道远红外，非常广泛。
作为激光器的核心，是由激活粒子（都为金属）和基质两部分组成，激活粒子的能级结构决定了激光的光谱特性和荧光寿命等激光特性，基质主要决定了工作物质的理化性质。
根据激活粒子的能级结构形式，可分为三能级系统（例如红宝石激光器）与四能级系统（例如Er：YAG激光器）。
工作物质的形状目前常用的主要有四种：圆柱形（目前使用最多）、平板形、圆盘形及管状。
2、激励源为了使工作介质中出现粒子数反转，必须用一定的方法去激励原子体系，使处于上能级的粒子数增加。
一般可以用气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发介质原子，称为电激励；也可用脉冲光源来照射工作介质，称为光激励；还有热激励、化学激励等。
各种激励方式被形象化地称为泵浦或抽运。
为了不断得到激光输出，必须不断地“泵浦”以维持处于上能级的粒子数比下能级多。
泵浦源能够提供能量使工作物质中上下能级间的粒子数翻转，目前主要采用光泵浦。
泵浦光源需要满足两个基本条件：有很高的发光效率和辐射光的光谱特性应与工作物质的吸收光谱相匹配。
常用的泵浦源主要有惰性气体放电灯、太阳能及二极管激光器。
其中惰性气体放电灯是当前最常用的，太阳能泵浦常用在小功率器件，尤其在航天工作中的小激光器可用太阳能最为永久能源，二极管(LD)泵浦是目前固体激光器的发展方向，它集合众多优点于一身，已成为当前发展最快的激光器之一。
LD泵浦的方式可以分为两类，横向：同轴入射的端面泵浦；纵向:垂直入射的侧面泵浦。
LD泵浦的固体激光器有很多优点，寿命长、频率稳定性好、热光畸变小等等，当然最突出的优点是泵浦效率高，因为它泵浦光波长与激光介质吸收谱严格匹配。
第1章-典型激光器简介-续分解
• 平坦的EF段。该区域的特点是电流增加,但管压降几乎保 持不变,放电管内出现明暗相间的辉光,称之为正常辉光放 电。辉光放电阶段,由于二次发射的电子随电场的增加而迅 速增加,故当放电管端电压略有增加时,放电电流就增大很 多。辉光放电的电流范围一般在10-4～10-1 A之间
染料激光器主要应用于科学研究、医学等领域,如激光光 谱学、光化学、同位素分离、光生物学等方面。
1966年,世界上第一台染料激光器——由红宝石激光器泵 浦的氯铝钛花青染料激光器问世。
4）半导体激光器
半导体激光器也称为半导体激光二极管，或简称激光二极管 (LaserDiod，缩写LD)。由于半导体材料本身物质结构的特 异性以及半导体材料中电子运动规律的特殊性，使半导体 激光器的工作特性有其特殊性。
• 分子激光器中产生激光作用的是未电离的气体分子,激光跃迁 发生在气体分子不同的振-转能级之间。采用的气体主要有 CO2、CO、N2、O2、N2O、H2O、H2 等分子气体。分子激光 器的典型代表是CO2 激光器。
• 准分子激光器。所谓准分子,是一种在基态离解为原子而在激 发态暂时结合成分子(寿命很短)的不稳定缔合物,激光跃迁产 生于其束缚态和自由态之间。采用的准分子气体主要有XeF* 、KrF* 、ArF* 、XeCl* 、XeBr* 等。其典型代表为XeF* 准 分子激光器。
• 半导体激光器广泛应用于光纤通信、光存储、光信息处 理、科研、医疗等领域,如激光光盘、激光高速印刷、全 息照相、办公自动化、激光准直及激光医疗等方面。
• 1962年,世界上第一台半导体激光器———GaAs激光器 问世。
5）化学激光器 化学激光器是通过化学反应实现粒子数反转从而产生受激光 辐射的。工作物质可以是气体或液体,但目前主要是气体,如 氟化氢(HF)、氟化氚(DF)、氧碘(COIL)等。
高功率光纤激光器原理及组成部分介绍
高功率光纤激光器原理及组成部分介绍本文章出自作者：光博士激光网址 典型的高功率光纤激光加工系统一般包括以下几个基本单元：1.高功率光纤激光器系统①.传输光纤/操作光纤②.光闸/光纤耦合器③.激光模块④.激光模块电源⑤.制冷机组⑥.控制接口关键字：IPG,光纤激光器,培训一、典型的高功率光纤激光加工系统一般包括以下几个基本单元：1.高功率光纤激光器系统①.传输光纤/操作光纤②.光闸/光纤耦合器③.激光模块④.激光模块电源⑤.制冷机组⑥.控制接口⑦.监控软件典型光纤激光器系统IPG光纤激光器内部结构2.准直与聚焦系统：在外壳内，同中心光轴地置有发射可见光束的半导体激光二极管和聚焦透镜。
聚焦透镜将可见光束聚焦耦合进入准直光纤内，由活动连接的输出耦合头耦合进入激光工作光纤内，从激光工作光纤输出端观察激光工作光纤与准直光纤的相对位置并调整两者准直位置后，去掉准直光纤，接上泵浦源的泵浦光输出光纤。
3.运动机构4.控制系统5.辅助系统二、IPG光纤激光器内部结构1.激光电源：该机柜可安装10--40KW激光电源，最高可支持12KW激光输出。
2.空格：空余空间可为将来激光器升级预留出位置。
3.合束器：合束器将单模光纤耦合进传导光纤内，性能稳定。
该和束器可以进行更换。
4.控制安全界面：控制和安全界面均按照工业标准设计，客户也可以按照自己需求选择其他界面如Tnterbus和PROFINET等。
5.光学模块：光纤激光为模块化设计，每个模块可产生几百瓦甚至上千瓦激光。
6.冗余设计：IPG为高功率激光器配备了备用模块，一旦莫一模块发生了故障，备用模块会自动启动，保持激光器稳定输出。
三、IPG光纤概述1.光纤的外形光纤激光器外观2.光纤的功能3.光纤的结构4.激光传输的机理光纤是一种高度透明的玻璃丝，由纯石英经过复杂的工艺拉制而成的，光在纤芯和包层之间的界面上反复进行全反射，并在光纤中传递下去的传导工具。
光纤=中心部分（芯Core）+同心圆状包裹层（包层Clad）+涂覆层5.可提供光纤的连接头形式6.可提供的光纤纤芯径及长度四、激光模块如果激光器中有多个模块，可以通过LaserNet软件有选择性的使用其中的一个或几个。
典型激光器介绍大全
典型激光器介绍大全激光器（Laser）是20世纪最具科技感的发明之一，其应用涉及到多个领域，包括医疗、通信、制造、测量等等。
本文将介绍激光器的基本原理、不同类型的激光器以及其主要应用。
激光器的基本原理：激光器的核心部分是激光介质，它能够产生并放大高度集中的光束。
激光介质通常是一个光学腔体，其中有一个主动介质，能够吸收能量并在放出来的时候放大光信号。
这个光学腔体准备一个部分透明的发布窗口，能够让光束从中逃逸。
不同类型的激光器：1.固态激光器：固态激光器使用固态材料（如纳米晶体或晶体）作为激光介质。
它们通常非常稳定和高效，并且常用于医疗和研究领域。
2. 气体激光器：气体激光器使用气体作为激光介质，如氦氖激光器（He-Ne），二氧化碳激光器（CO2），氩离子激光器（Ar-ion）等。
它们通常产生高功率的激光束，常用于切割、焊接和制造领域。
3.半导体激光器：半导体激光器是目前应用最广泛的激光器类型之一，它使用半导体材料（如镓砷化物或镓氮化物）作为激光介质，常用于通信、医疗和显示技术领域。
4.纳秒激光器：纳秒激光器产生持续时间在纳秒级别的脉冲激光，常用于测量和材料研究领域。
5.二极管激光器：二极管激光器是一种小型、高效的激光器，它使用半导体材料并具有相对低的功率要求。
它们通常用于激光打印、扫描和传感器等应用领域。
激光器的应用：1.医疗领域：激光器在医疗领域有广泛的应用，如激光眼科手术、激光去胎记、激光脱毛等。
其高度集中和精确的光束可以在微创手术中发挥重要作用。
2.通信领域：半导体激光器在光纤通信中起到关键作用，能够快速高效地传输数据。
激光器所产生的激光束可以通过千米以上的光纤传输，实现高速宽带通信。
3.制造领域：激光器在制造领域常用于切割、焊接和打标等应用。
激光束的高能量和精度可以在金属切割和焊接时实现高质量和高效率。
4.测量和科学研究领域：激光器在测量、科学研究和实验室使用中发挥着重要作用，如激光干涉仪、激光雷达等。
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§ 1-3 典型激光器简介
(1)气体激光器:以气体或金属蒸气为发光粒子
产生激光作用的物质 未电离的气体原子 原子 所采用的物质 氦、氖、氩、氪、 氙、氧、溴、碘、 氮、硫、碳、铯、 镉、铜、锰、锡等 金属原子蒸气 未电离的气体分子 CO2、N2、O2、CO、 N2O 和水蒸气等 工作气体在常态下为原子， 当激 Ar2*、Xe2*、XeF*、 发时， 可暂时形成寿命很短的分 KrF*、 ArF*、 XeCl*、 子，称为准分子 XeBr*、 XeQ*、 KrQ* 等 利用电离后气体离子产生激光 惰性气体离子和金 作用 属蒸气离子
§ 1-3 典型激光器简介
☞ 激励不仅要快，还有强有力；
☞ 激励作用是通过消耗一定的能量来实现的，产生
受激辐射所需要的最小激励能量称为激光器的阈值 （threshold）； ☞ 激励方式（Practical laser materials can be pumped in many ways.）：光、电、化学、原子能；
泵浦系统为实现粒子数反转提供外界能量(A pumping process is required to excite atoms in the laser medium into their higher quantum-mechanical energy levels. )
2019年2月18日星期一 理学院 物理系
2019年2月18日星期一
理学院
物理系
§ 1-3 典型激光器简介
He-Ne(氦-氖)激光器(helium-neon gas laser)
• 氦一氖气体激光器：原子激光器类，1961年实现
激光输出，多采用连续工作方式，输出功率与放 电毛细管长度有关；输出激光方向性好，（发散 角达1mrad以下），单色性好（可小于20Hz）， 输出功率和波长能控制得很稳定; • He-Ne激光器的结构形式很多，但都是由激光管 和激光电源组成。激光管由放电管、电极和光学 谐振腔组成，放电管是He-Ne激光器的心脏，是产 生激光的地方，放电管通常由毛细管和贮气室构 成。
2019年2月18日星期一 理学院 物理系
§ 1-3 典型激光器简介
2、泵浦系统—粒子搬迁的动力
粒子数的正常分布？ 处于低能级上的粒子数在热平衡情况下总是多于高能 级上的粒子数，受激吸收占优势。 粒子数的反转分布？ 高能级上的粒子数大于低能级上的粒子数。 如何实现粒子数反转？ 把大量的粒子从低能级“搬运”到高能级的过程，称 为泵浦或激励； “搬运”粒子的工具－“光泵”
2019年2月18日星期一 理学院 物理系
§ 1-3 典型激光器简介
二、激光器的分类
工作物质形态---可以分为气体、固体、半导 体、液体等； 工作方式---连续工作(CW or continuous wave lasers)和脉冲工作(Pulsed lasers)； 激光技术---调Q激光器(Q-switched lasers)、 锁模激光器(Mode locked lasers)、倍频激光器 (Frequency doubling lasers)、可调谐激光器 (Tunable lasers)、单模和多模激光器(Singlemode and Multi-mode lasers)等。
§ 1-3 典型激光器简介
1、工作物质——激光产生的内因，实现粒子 数反转和产生光的受激辐射作用的物质体系。 ☞ 激励只是一个外部条件，激光的产生还取决于
合适的工作物质。 ☞ 二能级系统能否实现粒子数反转???
☞ 亚稳能级：需要一个可以有较长寿命且能贮存 大量粒子的能级，经过不断激发，粒子数反转就 能实现，这样的能级称为“亚稳能级”。 ☞可能实现粒子数反转分布的系统可归结为三能 级系统和四能级系统。
2019年2月18日星期一
理学院
物理系
§ 1-3 典型激光器简介
3、谐振腔：形成激光振荡的必要条件；对输出
的模式、功率、光束发散角等均有很大影响。
谐振腔的作用：模式选择、提供轴向光波模的 反馈，产生光放大； 谐振腔的组成：谐振腔由全反射镜和部分反射 镜（输出反射镜）组成，激光由部分反射镜输 出。根据实际情况选用稳定腔、非稳腔或临界 稳定腔。
☞ 根据不同激光工作物质激励；气体工作物 质吸收光谱多在紫外波段，多采用气体放电的电子 碰撞激励方法。
2019年2月18日星期一 理学院 物理系
§ 1-3 典型激光器简介
光激励---用光照射工作物质，工作物质吸收光能后产生粒子 数反转，可采用高效率、高强度的发光灯、太阳能和激光； 放电激励---在放电过程中，气体分子（或原子，离子）与被 电场加速的电子碰撞，吸收电子能量后跃迁到高能级，形成 粒子数反转； 热能激励---用高温加热方式使高能级上气体粒子数增加，然 后突然降低气体温度，因高、低能级的热驰豫时间不同，可 使粒子数反转； 化学能激励——利用化学应过程中释放的能量来激励粒子， 建立粒子数反转。为产生化学反应，一般还需采用一定的引 发措施，如采用光引发、电引发、化学引发等方式； 核能激励——用核裂变反应放出的高能粒子、放射线或裂变 碎片等来激励工作物质，也可实现粒子数反转；
理学院
典型代表 He-Ne laser
分子
CO2 和 N2 KrF*、ArF*
准分 子 离子
氩离子（Ar+） 、氦— 镉（ He-Cd ）离子激 光器
2019年2月18日星期一
物理系
§ 1-3 典型激光器简介
• 气体激光器的激励方式很多，最普通的激 励方式是气体放电激励。 • 气体激光器的工作物质种类多，又能采用多 种激励方式，所以覆盖的波段宽，从紫外到 亚毫米波。是目前种类最多、激励方式最多 样化、激光波长分布区域最宽、应用最广泛 的一类激光器。
2019年2月18日星期一 理学院 物理系
§ 1-3 典型激光器简介
• 由于增益低，谐振腔一般用平凹腔;
• 放电管中充入一定比例的氦（He）、氖 （Ne）气体，当电极加上高电压后，毛细管 中的气体开始放电使氖原子受激，产生粒子 数反转，产生激光跃迁的是Ne气，He是辅助 气体，用以提高Ne原子的泵浦速率; • 最强的谱线有三条：0.6328m（红色）、 3.39m和1.15m ，常用的为0.6328m • 四能级系统.