典型激光器介绍讲解
各种激光器的介绍
各种激光器的介绍激光（Laser）是光学与物理学领域中的重要研究方向之一，也是现代科学中应用最广泛的光源之一、激光器是产生、放大和产生激光的装置，它能够使光以高度有序的方式输出，并具有高度相干和高度定向的特性。
激光器可以根据不同的工作原理和激光频率，分为多种类型，下面将为大家介绍几种常见的激光器。
1. 固体激光器（Solid State laser）：固体激光器是利用固体材料作为介质的激光器。
固体激光器的工作物质通常为具有特殊能级结构的晶体或玻璃材料。
最早的固体激光器是由人工合成的红宝石晶体制成的。
它具有高度的可靠性、较高的功率输出和较宽的谱段覆盖等特点，广泛应用于医疗、测量、通信、材料加工等领域。
2. 气体激光器（Gas laser）：气体激光器是利用气体作为活性介质的激光器。
常见的气体激光器有二氧化碳激光器、氦氖激光器等。
其中，二氧化碳激光器是最早被发现和研究的激光器之一，具有连续激光输出、较高的功率密度和中远红外波段特点，广泛应用于材料加工、切割、医疗等领域。
3. 半导体激光器（Semiconductor laser）：半导体激光器是利用半导体材料作为活性介质的激光器。
它是目前应用最广泛的激光器之一，常见的有激光二极管（LD）和垂直腔面发射激光器（VCSEL）。
半导体激光器具有小巧轻便、功耗低、寿命长等特点，广泛应用于激光显示、光通信、生物医学等领域。
4. 光纤激光器（Fiber laser）：光纤激光器是利用光纤作为反射镜和放大介质的激光器。
它采用光纤的内部介质作为激光器的活性介质，激光通过光纤进行传输和放大。
光纤激光器具有高度稳定性、方便携带、适用于长距离传输等特点，广泛应用于材料加工、制造业、激光雷达等领域。
5. 半导体泵浦固体激光器（Diode-pumped solid-state laser）：半导体泵浦固体激光器是利用半导体激光器（如激光二极管）泵浦固体材料产生激光的激光器。
它继承了固体激光器的高功率、高效率和稳定性等特点，同时又具有半导体激光器小尺寸、低功耗等优势。
各种典型激光器原理
氦氖激光器
氦氖激光器使用氮气和氖气的混合物作为工作气体。这种激光器产生可见光， 通常在红色、绿色和黄色波长范围内。氦氖激光器具有高效率、长寿命和稳 定的输出特性。
二氧化碳激光器
二氧化碳激光器使用二氧化碳分子作为激发介质。它们产生的激光主要是红外线光，可用于切割、打孔、激光 治疗等应用。二氧化碳激光器是商业和医疗领域最常用的激光器之一。
半导体激光器
半导体激光器基于半导体材料的特性。它们小巧、高效，常用于通信、激光打印和光存储等领域。半导体激光 器还可以通过改变工作电流调节输出频率和功率。
钛宝石激光器
钛宝石激光器使用钛宝石晶体作为激发介质。它们产生的激光具有脉冲宽度 短、波长可调节的特性，广泛应用于化学、生物、材料科学等领域的研究。
各种典型激光器原理
激光器是一种产生单色、高亮度、相干且聚焦成束的光源。本演示将介绍激 光器的基本原理以及各种典型的激光器类型和应用。
激光器的基本原理
激光器工作基于受激辐射和光放ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ效应。激发介质中的原子或分子由于能量 吸收而处于激发态，而后通过受激辐射过程与其他自由原子或分子发生相互 作用，产生出与激发辐射的频率和相位相同的光。
光纤激光器
光纤激光器使用光纤作为激光传输的媒介。它们具有小尺寸、高能量转换效 率和灵活的束传输特性。光纤激光器广泛应用于通信、材料加工和传感器等 领域。
其他激光器及激光应用
除了上述类型的激光器外，还有很多其他类型的激光器，如纤维激光器、固体激光器、气体激光器等。此外， 激光技术在医学、制造、测量、娱乐等各个领域都有广泛的应用，如激光切割、激光雕刻、激光测距、激光秀 等。
激光原理第九章
激光原理与技术
单位长度输出功率可达1KW／m以上。1 ～3kw的纵向快流CO2 激光器已广泛用于激 光加工。与大功率的横向流动激光器相比， 纵向快流CO2激光器中放电电流密度分布的 园对称性较好，具有更好的光束质量。
激光原理与技术
4．横向流动CO2激光器
纵向快流CO2 激光器需要很高气体流速。 若使气体流流动方向与光轴垂直，由于气体通 道截面大，气体流动路径短，因此较低的流速 就能达到纵向快流同样的冷却效果。 在横向流动CO2激光器中，输出功率的电流 饱和效应不明显。最佳气体压强高达 1.3×104pa。高压强运转有利于提高输出功率 ，但碰撞使电子温度降低，必须在强电场中才 能维持足够高的电子温度。
激光原理与技术
2、封离型CO2激光器
放电过程中，一部分CO2 分子分解为CO和O ，如不抽去陈气，补充新鲜气体，则CO2含量减 少，CO含量增多，将导致输出功率下降。 因此，在封离型CO2 激光器中，加入催化剂促 使O和CO更新结合为CO2 ，并选用不与O2 气作 用的阴极材料料以保证激光器中有足够的氧气和 CO重新结合。通常加入少量H2O或H2 作催化剂 。封离型激光器的结构和输出功率的水平和纵向 漫流激光器相似，寿命巳超过数千小时至—万小 时。
激光原理与技术
激光原理与技术
三、钕激光器 三价钕离子为激活粒子的钕激光器是使用最 广泛的激光器。Nd3+离子部分取代Y3Al5O12 晶体中Y3+离子称为掺钕亿铝石榴石(简称Nd ：YAG)。属四能级系统，有量子效率高、受 激辐射截面大的优点，阈值比红宝石和钕玻 璃激光器小得多，有高的热导率，易于散热 ，可以单脉冲运转，用于高重复率或连续运 转，Nd：YAG连续激光器的最大输出功率超过 1000w，每秒5000次的激光器的输出峰值功为 数千瓦，每秒几十次重复频率的调Q激光器的 峰值功率达几百兆瓦。
医学中常用的激光器
医学中常用的激光器自第一台激光器问世后，人们对激光器件及技术进行了大量的研制工作，取得了相当可观的成果。
目前能实现激光运转的工作物质达数百种以上，大体上分为气体、固体、半导体、染料等几大类。
人们在探索激光产生机理的同时，扩展了激光的频谱范围，几千条谱线遍布于真空紫外到远红外的广阔光谱区域。
激光方向性好、强度大，可以使被照物体在1/1000s 内产生几千度的高温，瞬间发生汽化。
由于激光的物理特性决定了其具有明显的生物学效应，。
各种不同的激光具有不同的特性和组织效应，正确认识激光的这些特点，是选择和合理利用激光的基础。
一．气体激光器气体激光器，按工作物质的性质，大致可分成下列三种：1原子激光器：利用原子跃迁产生激光振荡，以氦氖激光器为代表。
氩、氪、氙等惰性气体，铜、镉、汞等金属蒸气，氯、溴、碘等卤素，它们的原子均能产生激光。
原子激光器的输出谱线在可见和红外波段，典型输出功率为10 毫瓦数量级。
2分子激光器：利用分子振动或转动状态的变化产生辐射制成的，输出的激光是分子的振转光谱。
分子激光器以二氧化碳CO2激光器为代表，其他还有氢分子H2，氮分子N2和一氧化碳CO分子等激光器。
分子激光器的输出光谱大多在近红外和远红外波段，输出功率从数十瓦到数万瓦。
3离子激光器：＋这类激光器的激活介质是离子，由被激发的离子产生激光放大作用，如氩离子激活介质为Ar 激光器。
＋氦镉激光器激活介质为Cd 等。
离子激光器的输出光谱大多在可见光和紫外波段，输出功率从几毫瓦到几十瓦。
气体激光器是覆盖波谱范围最广的一类器件，能产生连续输出。
其方向性、单色性也比其他类型器件好，加之制造方便、成本低、可靠性高，因此成为目前应用最广的一类器体。
1、氦氖激光器氦氖激光器能输出波长为632.8nm 的可见光，具有连续输出的特性。
它的光束质量很好发散角小，单色性好，单色亮度大。
激光器结构简单，成本低，但输出功率较小。
氦氖激光器在工业、科研、国防上应用很广，医疗上主要用于照射，有刺激、消炎、镇痛、扩张血管和针灸等作用，广泛用于内科、皮肤科、口腔科及细胞的显微研究。
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。
典型激光器介绍大全(精华版)ppt课件
敏化剂
• 在晶体中除了发光中心的激活离子外，再掺入一种或多种 施主离子，主要作用是吸收激活离子不吸收的光谱能量， 并将吸收到的能量转移给激活离子。
• 双掺或多掺杂晶体生长困难，工艺复杂。
精选PPT课件
27
1、红宝石的基本特性
精选PPT课件
10
氦-镉激光器
以镉金属蒸气为发光物质，主要有两条连续 谱线，即波长为325nm的紫外辐射和441.6nm的蓝 光，典型输出功率分别为1～25mW和1～100mW。主 要应用领域包括活字印刷、血细胞计数、集成电 路芯片检验及激光诱导荧光实验等。
俄罗斯PLASMA公司的氦 镉激光器
精选PPT课件
由不同组分的半导体材料做成激光有源区和约束区的 激光器。
特点：体积最小、重量最轻，使用寿命长，有 效使用时间超过10万小时。
输出波长范围：紫外、可见、红外 输出功率：mW、W、kW。
精选PPT课件
14
DFB半导体激光器示意图
DBR半导体激光器示意图
精选PPT课件
15
垂直腔面发射半导体激光器（VCSEL）
量子级联激光器(quantum cascade lasers, QCLs)
基于电子在半导体量 子阱中导带子带间跃 迁和声子辅助共振隧 穿原理的新型单极半 导体器件。
精选PPT课件
16
光纤耦合（尾纤型-pigtail package）半导体激 光器件
ProLite型光纤耦合单发射激光器
精选PPT课件
谱线已达数千种 (160nm~4mm)
工作方式：连续运转（大多数）
多数气体激光器有瞬时功率不高的弱点。
四大激光器
四种激光器有哪些典型应用？一半导体激光器：半导体激光器是以半导体材料作为激光工作物质的激光器1.半导体激光器在高压反馈电路中的应用2.在电子焊接领域的应用3. 量子阱半导体大功率激光器在精密机械零件的激光加工方面有重要应用4. 在印刷业和医学领域，高功率半导体激光器也有应用. .另外，如长波长激光器（1976年，人们用Ga[nAsP/InP实现了长波长激光器）用于光通信，短波长激光器用于光盘读出.自从NaKamuxa实现了GaInN/GaN蓝光激光器，可见光半导体激光器在光盘系统中得到了广泛应用，如CD播放器，DVD系统和高密度光存储器可见光面发射激光器在光盘、打印机、显示器中都有着很重要的应用，特别是红光、绿光和蓝光面发射激光器的应用更广泛.蓝绿光半导体激光器用于水下通信、激光打印、高密度信息读写、深水探测及应用于大屏幕彩色显示和高清晰度彩色电视机中.总之，可见光半导体激光器在用作彩色显示器光源、光存贮的读出和写人，激光打印、激光印刷、高密度光盘存储系统、条码读出器以及固体激光器的泵浦源等方面有着广泛的用途.量子级联激光的新型激光器应用于环境检测和医检领域.另外，由于半导体激光器可以通过改变磁场或调节电流实现波长调谐，且已经可以获得线宽很窄的激光输出，因此利用半导体激光器可以进行高分辨光谱研究.可调谐激光器是深入研究物质结构而迅速发展的激光光谱学的重要工具大功率中红外（3.5lm)LD在红外对抗、红外照明、激光雷达、大气窗口、自由空间通信、大气监视和化学光谱学等方面有广泛的应用.5. 绿光到紫外光的垂直腔面发射器在光电子学中得到了广泛的应用，如超高密度、光存储.近场光学方案被认为是实现高密度光存储的重要手段.垂直腔面发射激光器还可用在全色平板显示、大面积发射、照明、光信号、光装饰、紫外光刻、半导体二极管激光器在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、测距以及雷达等方面以及获得了广泛的应用。
半导体激光器是成熟较早、进展较快的一类激光器，由于它的波长范围宽，制作简单、成本低、易于大量生产，并且由于体积小、重量轻、寿命长，因此，品种发展快，应用范围广，目前已超过300种，半导体激光器的最主要应用领域是Gb局域网，850nm波长的半导体激光器适用于）1Gh/。
12典型激光光源汇总
光的基础知识及发光源
§1.4 典型激光器
激光器是光电子技术领域最主要的器件
激光器种类繁多，一般有如下分类方式
分类标准 工作物质
•固体
•气体
分
类
•液体 •半导体
•自由电子
激励方式
•光激励 •电激励 •热激励 •化学激励 •核激励
工作方式
•连续 •脉冲
激光波长
•红外 •可见光 •紫外 •X射线 •毫米波（THz） •γ射线
易于产生粒子数 反转和受激发射
窄的荧光谱线
§1.4.1 固体激光器
激励方式：光泵激励
气体放电灯激励
• 效率较低
非相干光源
半导体激光器激励
• 提高了效率
波长可以与工作物质匹配
• 小型化、质量轻、全固体化、寿命长
§1.4.1 固体激光器
典型的固体激光器
红宝石激光器 钕激光器
钛宝石激光器
高功率、大能量、小体积
数十厘米 毫瓦量级 1~2m 数十毫瓦
工作物质
He、Ne混合气体（质量比He:Ne=1:10）
Ne是激活粒子；He是辅助气体，用作对Ne原子的共振 激发能量转移，以提高泵浦效率
He-Ne激光器
工作能级 632.8nm谱线和3390nm谱线有相同的激光上能级，因
而存在强烈电的竞争，可以通过如下手段来抑制3390nm 的模式，得子碰到632.8nm共 振的激光输出
§1.4.2 气体激光器
激励方式
最为常见的泵浦方式
气体放电泵浦
其它：化学泵浦、热泵浦、核泵浦
§1.4.2 气体激光器
典型的气体激光器
He-Ne激光器 氩离子激光器
CO2激光器
补充：铜蒸气激光器
各功率激光的特点
常见激光技术总结目前常见的激光器按工作介质分气体激光器、固体激光器、半导体激光器、光纤激光器和染料激光器5大类，近来还发展了自由电子激光器。
大功率激光器通常都脉冲方式输出已获得较大的峰值功率。
单脉冲激光指的是几分钟才输出一个脉冲的激光，重频激光指的是每分钟输出几次到每秒输出数百次甚至更高的激光。
一、气体激光器1.He-Ne激光器：典型的惰性气体原子激光器，输出连续光，谱线有632.8nm（最常用），1015nm，3390nm，近来又向短波延伸。
这种激光器输出地功率最大能达到1W，但光束质量很好，主要用于精密测量，检测，准直，导向，水中照明，信息处理，医疗及光学研究等方面。
2.Ar离子激光器：典型的惰性气体离子激光器，是利用气体放电试管内氩原子电离并激发，在离子激发态能级间实现粒子数反转而产生激光。
它发射的激光谱线在可见光和紫外区域，在可见光区它是输出连续功率最高的器件，商品化的最高也达30-50W。
它的能量转换率最高可达0.6%，频率稳定度在3E-11，寿命超过1000h，光谱在蓝绿波段（488/514.5），功率大，主要用于拉曼光谱、泵浦染料激光、全息、非线性光学等研究领域以及医疗诊断、打印分色、计量测定材料加工及信息处理等方面。
3.CO2激光器：波长为9~12um（典型波长10.6um）的CO2激光器因其效率高，光束质量好，功率范围大（几瓦之几万瓦），既能连续又能脉冲等多优点成为气体激光器中最重要的，用途最广泛的一种激光器。
主要用于材料加工，科学研究，检测国防等方面。
常用形式有：封离型纵向电激励二氧化碳激光器、TEA二氧化碳激光器、轴快流高功率二氧化碳激光器、横流高功率二氧化碳激光器。
4.N2分子激光器：气体激光器，输出紫外光，峰值功率可达数十兆瓦，脉宽小于10ns，重复频率为数十至数千赫，作可调谐燃料激光器的泵浦源，也可用于荧光分析，检测污染等方面。
5.准分子激光器：以准分子为工作物质的一类气体激光器件。
典型激光器介绍染料激光器讲解ppt课件
2. 棱镜调谐
介 绍
➢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
§5.3
染 料 激 光 器
图(5-21) 棱镜调谐腔
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
激
红宝石激光器(0.6943m)，钕玻璃激光器(1.06m)，铜蒸气激光器(0.5106m、
光
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。
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
§5.3
染 料 激 光 器
图(5-19) 三镜腔式染料激光器
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
5.3.3 染料激光器的调谐
第
1. 光栅调谐
五 章
➢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。
典
型
激
光 器
5.3.3 染料激光器的调谐
第
3. 双折射滤光片调谐
五 章
➢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)
典
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。
型
激
光
器
介
绍
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
上一页 回首页 下一页 回末页 回目录
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
上一页 回首页 下一页 回末页 回目录
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
上一页 回首页 下一页 回末页 回目录
第
五 5.3.3 染料激光器的调谐
章
典 1. 光栅调谐
5-2典型激光器介绍-气体激光器
上一页 回首页 下一页 回末页 回目录
第 五 章 典 型 激 光 器 介 绍
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。
§ 5 2 气 体 激 光 器 .
图(5-15) 与 激光有关的Ar+的能级结构
上一页 回首页 下一页 回末页 回目录
第 五 章 典 型 激 光 器 介 绍
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 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 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。
课堂练习： 课堂练习：
ω 6. 如图， 0 = 3mm, λ = 10.6 m, l1 = 2cm, l2 = 50cm, f1 = 2cm, f 2 = 5cm 求 ω ''和s' ' ，并叙述聚焦原理。 0 f2 f1
l1
l2
s' '
§ 5 2 气 体 激 光 器 .
上一页 回首页 下一页 回末页 回目录
上一页 回首页 下一页 回末页 回目录
第 五 章 典 型 激 光 器 介 绍
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 。 ，气体温度的升高，将使 ， 下 。 是，气体温度的升高， 将引起CO2 子的 ， 放电管内的CO2 子 度。
各种典型激光器原理
各种典型激光器原理激光器是一种产生、放大和输出激光光束的器件，是现代科学和工程领域中重要的设备之一、激光器的工作原理有多种类型，下面将介绍几种典型的激光器原理。
1.固体激光器固体激光器是利用固体材料中的电子跃迁产生激光。
其中，最常见的原理是通过注入能量来激发固体材料中的激活离子，而这些激活离子会通过受激辐射而释放出激光。
固体激光器中常用的激活离子有Nd3+、Er3+和Cr3+等。
这种类型的激光器通常使用将激发能量输送给激活离子的光泵浦器，例如激光二极管。
从而激活离子跃迁到高能级，最终产生激光。
2.气体激光器气体激光器是利用气体放电产生激光的器件。
其中最典型的是氦氖激光器（He-Ne激光器），其工作原理是通过在氦气与氖气混合的管道中通过直流或射频电波产生气体放电，激活氖离子，使其跃迁产生激光。
氦氖激光器的激光波长通常在632.8纳米，属于可见光范围。
气体激光器还包括二氧化碳激光器和氩离子激光器等。
3.半导体激光器半导体激光器是利用半导体材料中电子和空穴的复合过程产生激光。
通常使用p-n结构的半导体材料（如GaAs、InGaAs等），通过向p区注入电流，通过与n区的电子复合生成激光。
这种类型的激光器结构简单、小型化、功耗低，广泛应用于通信、激光打印机等领域。
4.光纤激光器光纤激光器是利用光纤的增益介质产生和放大光信号的激光器。
典型的光纤激光器是光纤光放大器（EDFA）和光纤光源（EFL）。
工作原理是通过将其中一种激活离子（如铒）掺杂到光纤核心中，通过泵浦光在光纤中引起激活离子的受激辐射，从而产生激光。
光纤激光器具有高增益、窄谱线特性和高可靠性等优点，广泛应用于通信、医疗和科研领域。
5.CO2激光器CO2激光器是一种以CO2气体为工作物质产生激光的器件。
其工作原理是利用CO2气体分子的振动和旋转能级跃迁来放大激光信号。
通过电子放电激发CO2气体分子至激发态，然后利用电子和激发态分子的碰撞来将能量转移给其他CO2分子，产生连续激光。
各种激光器的比较
各种激光器比较一、气体激光器（1）：原子激光器典型特例，He—Ne激光器，他发出的激光波长为0.6328um，输出功率几毫瓦到100毫瓦之间，能量转换功率低，约为0.01%。
激光器器方向性，单色性好，谱线宽度窄。
该激光器常用来外科医疗，激光美容，建筑测量，准直指示，激光陀螺等。
（2）：离子激光器典型特例，Ar+离子激光器，波长大约为0.488um的蓝光，输出功率约为150W。
能量转换功率为1%。
长用此激光器用做彩色电视，信息储存，全息照相等方面。
（3）：分子激光器典型特例，CO2激光器，波长约为10.6um的红外线。
输出功率与管长成正比，1M的管长可获得100W的输出功率。
能量转换效率较高，大约为30%。
单色性好。
能量输出强，常用来美容，工业和军事上。
（4）：准分子激光器是稀有气体与卤素气体的混合，发出的波长是紫外波。
输出功率小，大约为百微焦。
能量转换功率约为1%。
总述：气体激光器，连续输出功率大，方向性好，其器件造价低廉，结构简单。
二、液体激光器典型特例，若丹明6G染料，他的波长在紫外到红外之间，最大特点是连续可调。
能量转换功率较高，这种激光器特点是制备容易，可循环操作，便宜。
三、固体激光器典型特例，红宝石激光器。
它的波长在可见光到近红外波段，输出功率高，约为20kw。
能量转换率低，仅为0.1%。
单色性差。
但结构紧凑，牢固耐用，易于光纤耦合。
这种激光器广泛用于测距，材料加工，军事等方面。
四、半导体激光器典型特例，砷化镓，硫化镉等。
他的输出波长在近红外波段。
920nm到1.65um之间。
输出功率小，能量转换功率高，但是单色性差。
这种激光器最大特点是体积小，重量轻，结构简单，寿命长。
因此，广泛使用于光纤通信，光信息储存，光信息处理等方面。
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。
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。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
上一页 回首页 下一页 回末页 回目录
5.4.3 半导体激光器的工作原理和阈值条件
第 五 章 典 型 激 光 器 介 绍
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。
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 1 5 G a内 lnr1 r2 2 L 4 半 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
2. 异质结半导体激光器 单异质结半导体激光器:单异质结器件结构如图(5-32)(b)所示 双异质结半导体激光器:双异质结半导体激光器结构如图(5－32)(c)所示。
§
5 4 半 导 体 激 光 器 .
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 1 f n ( E ) E EF e kT 1
上一页 回首页 下一页 回末页 回目录
5.4.1 半导体的能带和产生受激辐射的条件
第 五 章 典 型 激 光 器 介 绍
价带顶电子占据几率则为 f N ( E1 ) 1 f P ( E1 )
§
5 4 半 导 体 激 光 器 .
1和价带顶实现粒子（电子）数反转的条件是
f N (E2 ) f N (E1) EF EF E2 E1 Eg
§
5 4 半 导 体 激 光 器 .
图(5-29) GaAs激光器的伏安特性 图(5-30) 激光束的空间分布示意图
上一页 回首页 下一页 回末页 回目录
5.4.4 同质结和异质结半导体激光器
第 五 章 典 型 激 光 器 介 绍
1. 同质结砷化镓(GaAs)激光器的特性
光谱特性:图(5-31)是GaAs激光器的发射光谱。其中图(a)是低于阈值时的荧光 光谱，谱宽一般为几百埃，图(b)是注入电流达到或大于阈值时的激光光谱，谱 宽达几十埃。
§
.
上一页 回首页 下一页 回末页 回目录
5.4.2 PN结和粒子数反转
第 五 章 典 型 激 光 器 介 绍
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(5-26) PN能带
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 1 f N ( E2 ) E E
e 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 f P ( E1 )
kT
2
F
1 e
EF E1 kT
导 体 激 光 器
图(5-28) GaAs激光器的结构
§
.
n c2 A21 n c2 Gν f ν f ν 2 2 2 2 8 ν 8 ν t复合
上一页 回首页 下一页 回末页 回目录
5.4.3 半导体激光器的工作原理和阈值条件
第 五 章 典 型 激 光 器 介 绍
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 c 2 f ν G ν J 2 2 nLwd I 8 ν ed t复合 e 1 G a ln r r 1 2 内 2 2 2L n c A21 n c G ν f ν f ν 2 2 2 2 f (ν) ν 8 ν 8 ν t复合
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 4 半 导 体 激 光 器
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 hν Eg
5.4.1 半导体的能带和产生受激辐射的条件
第 五 章 典 型 激 光 器 介 绍
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)。
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)。
§
5 4 半 导 体 激 光 器 .
图(5-27) 正向电压V时形成的双简并能带结构
上一页 回首页 下一页 回末页 回目录
5.4.2 PN结和粒子数反转
第 五 章 典 型 激 光 器 介 绍
§
5 4 半 导 体 激 光 器 .
图(5-31) GaAs激光器的发射光谱
上一页 回首页 下一页 回末页 回目录
5.4.4 同质结和异质结半导体激光器
第 五 章 典 型 激 光 器 介 绍
1. 同质结砷化镓(GaAs)激光器的特性 ( P Pth ) hν P hν P D 外微分量子效率: D (i ith ) e (i ith ) e (i ith )V 功率效率:功率效率定义为激光器的输出功率与输入电功率之比 P P iV i 2 RS
2 2 1 8 ed J阈 a内 ln r1r2 2L c2
§
5 4 半 导 体 激 光 器 .
上一页 回首页 下一页 回末页 回目录
5.4.4 同质结和异质结半导体激光器
第 五 章 典 型 激 光 器 介 绍
1. 同质结砷化镓(GaAs)激光器的特性
伏安特性: 与二极管相同，也具有单向导电性，如图(5－29)所示。 阈值电流密度: 影响阈值的因素很多 方向性: 图(5-30)给出了半导体激光束的空间 分布示意图。