红宝石激光器
激光器的分类
激光器的分类自从上世纪60年代以来，激光器已经发展出了众多类型，主要包括不同的工作介质、不同的脉宽，因此我们按照激光器的工作介质和输出脉冲两个思路对目前主要的激光器进行分类，并且介绍相关的激光术语。
按激光工作介质，激光器可以分为固体激光器、气体激光器、半导体激光器、光纤激光器、染料激光器和自由电子激光器。
固体激光器(晶体，玻璃)：在基质材料中掺入激活离子而制成，都是采用光泵浦的方式激励。
1）钕玻璃激光器：在玻璃中掺入稀土元素钕做工作物质，输出波长：λ=1.053μm2）红宝石激光器：输出波长：λ=694.3nm，输出线宽：∆λ=0.01∼0.1nm工作方式：连续，脉冲3）掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)：YAG晶体内掺进稀土元素钕，输出波长：λ=1064nm,914nm,1319nm工作方式：连续，高重复率脉冲连续波可调谐钛蓝宝石激光器：输出波长：λ=675∼1100nm气体激光器：在单色性/光束稳定性方面比固体/半导体/液体激光器优越，频率稳定性好，是很好的相干光源，可实现最大功率连续输出，结构简单，造价低，转换效率高。
谱线丰富，多达数千种(160nm--4mm)。
工作方式：连续运转(大多数)1）氦-氖激光器：常用的为λ=632.8nm根据选择的工作条件激光器可以输出近红外，红光，黄光，绿光(λ=3.39μm,1.15μm)2）CO2激光器：λ=10.6μm3）氩离子气体激光器：λ=488nm,514.5nm4）氦-镉激光器：波长为325nm的紫外辐射和441.6nm的蓝光5）铜蒸汽激光器：波长510.5nm的绿光和578.2nm的黄光6）氮分子激光器：紫外光，常见波长：337.1nm，357.7nm半导体激光器：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；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。
工作物质包括GaAS(砷化镓)，InAS(砷化铟)，Insb(锑化铟)，CdS(硫化镉)。
红宝石激光器讲解
红宝石激光器（三能级系统）
E3 E3 (10-9s) E3
(10-3s)
E2
E2
E2
h
E1
E1
E1
在Xe（氙）灯照射下，红宝石晶体中原来处于基态E1的粒 子，吸收了Xe灯发射的光子而被激发到E3能级。粒子在 E3能级的平均寿命很短（约10-9秒）。大部分粒子通过无 辐射跃迁到达激光上能级E2。粒子在E2能级的寿命很长， 可达3×10-3秒。所以在E2能级上积累起大量粒子，形成 E2和E1之间的粒子数反转，此时晶体对频率ν满足hV＝ E2—E1的成分就被放大。
• 眼科：用于视网膜的焊接，治疗青光眼，虹膜的 切除等；
激光的首次在医学上 的成功应用是进行眼 内手术，无需要切开 眼球。早在1962年， 一台红宝石激光器将 病人脱落的视网膜与 眼球重新连接，使他 恢复了视力。
红宝石激光器医学应用
• 皮肤科：用于照射治疗； 红宝石激光器是1960年世界上制成的第一台激光 器，也是最早应用于医疗上的激光器。 • 红宝石激光器波长为694.3nm的可见红光，这种 波长的激光最不易被氧合血红蛋白吸收，而黑色 素对其吸收率较高，尤其适用于各种色素性疾病。 • 临床常用其长脉冲模式，深入皮肤真皮层，破坏 毛囊，永久性去除身体多余毛发； • 调Q模式，使黑色素细胞大量吸热，并在超脉冲 波的作用下破裂分解，可有效治疗蓝、黑和绿色 文身及各种良性色素性病变。
激光的诞生
1960 年 5 月 15 日 ， 美 国 加利福尼亚州休斯实验 室的科学家梅曼设计和 建造了一台小型的激光 发生器。他将闪光灯线 圈缠绕在指尖大小的红 宝石棒上，从而产生一 条相当集中的纤细红色 光柱，当它射向某一点 时，可使这一点达到比 太阳还高的温度 ，激光 时代由此开启，从此和 人们的生活息息相关。
第一台激光器——红宝石固体激光器
第一台激光器——红宝石固体激光器摘要：本文主要回顾了第一台激光器的研制历程，介绍了红宝石激光器的工作原理和它的发明者梅曼先生。
一、发展历程1917年，爱因斯坦(Einstein)在气体平衡计算的工作中，发现在自然界存在着两种发光形式:一种是自发辐射，一种是受激辐射。
前者指的是自然光的发光形式，而第二种正是产生激光的基础理论。
激光的定义就是:“利用辐射的受激辐射实现的光放大”( Light amplification by the stimulated emission of radiation )。
爱因斯坦的观点被当时的第一次世界大战的枪炮声所淹没，对于受激辐射这一重妥概念的意义没有被人们及时认识到.1921年，发明磁控管，从此开始了微波的研究。
1927年，狄拉克(Dirac)根据感应辐射的属性提出创制星子书瞬浮的建议。
1934年，克赖克汤和威廉}i} i}i}于振荡器发现了电磁波和分a:.的相互作用。
这是最旱期的电磁波谱学实验。
30年代，一些科学家建立的量子力学理论，使爱因斯坦的这两种发光形式的物理内容得到更为深刻的阐明。
同时，近代光谱学的发展，也为激光光的出现奠定了的理论基础.1944年，扎沃依斯基发现了电子的顺磁共振，打下了对微波波段电子顺磁能级研究的基础.1945年第二次世界大战结束以后，大扰物理学家问到大学工作，在大学里建起了强大的新设备.他们开始着手进行微波波谱学山研究。
当时，韦伯(Webber )、法布里肯特、巴索夫(tacos)和普罗霍洛夫(11po1。
二。
)以及汤斯("l}ow'nes)等科学家分别提出了用受激辐射获得放大的设想。
这是激光理论发展的重要起点.1946年在美、英两国几乎同时发现氨谱线中的精细结构和超精细结构。
关于波谱学最显著的成果是发现氢原子谱-的兰姆位移。
这是哥伦比亚大学的兰姆( Larnb)和另一同事的共同成果。
他们曾具休地论述了观测净受激发射(负吸收)的可能性，明确指出了粒子数反转能够在何种状态实现，并针对一定的入射波，粗略计算了它的增益。
红宝石激光器结构1
红宝石激光器是世界上最早实现激光输出的器件，它是一种输出波长为694.nm（红光）的脉冲器件。
它具有输出能量大、峰值功率高、结构紧凑、使用方便等优点。
目前已广泛应用于打孔划片、动态全息、信息存储等方面。
固体红宝石激光器通常由工作物质、谐振腔、泵浦光源和聚光腔所组成。
1．工作物质。
红宝石激光器以掺杂离子型绝缘晶体红宝石棒为工作物质。
红宝石激光晶体是以刚玉（或称白宝石）单晶为基质，掺入金属铬离子（Cr3+）为激活粒子所组成的晶体激光材料。
呈淡红色，其掺杂波度一般为0.05％（重量）。
工作物质要求有较好的光学质量。
在红宝石晶体中，Cr3+的吸收带有两个，分别在410nm和560nm波长附近，吸收带宽度约为100nm波长左右。
2.光泵。
红宝石激光器采用光激励，脉冲激光器中一般采用发光效率较高的脉冲氙灯。
脉冲氙灯用石英管制成，两端用过渡玻璃封以钍钨电极，管内充以300-500Torr氙气。
灯管由高压充电电源和高压触发器控制点燃。
3．聚光腔。
为了使光泵的光更集中地照射在激光棒上，常用的聚光腔有：圆柱面聚光腔、单椭圆柱面聚光腔、双椭圆柱面聚光腔。
为提高对光线的反射率聚光腔常采用黄铜或不锈钢材料制成，内壁经抛光处理后镀银。
4．光学谐振腔。
红宝石激光器谐振腔多采用平行平面镜腔，全反射镜是反射率为99％以上的多层介质膜，输出镜透过率为50％以上。
近年来，为了减小激光光斑尺寸，也有采用平凹腔结构的，全反射镜采用凹球面镜，其曲率半径约为腔长的3－4倍。
激光器原理
激光器原理各位读友大家好，此文档由网络收集而来，欢迎您下载，谢谢典型激光器的原理与应用激光之源--典型激光器的原理、特点及应用一前言自从1960年，美国休斯飞机公司的科学家博士研制成功世界上第一台红宝石激光器以来，人类对激光器件的研究与应用取得了迅猛的发展。
激光器的诞生，为人类开发利用整个光频电磁波段掀开了崭新的一页，也为传统光学领域注入了生机，并由此产生了量子光学、非线性光学等现代光学领域分支。
图1 第一台红宝石激光器激光器由工作物质、泵浦源和光学谐振腔三个基本部分构成。
其中，工作物质是激光器的核心，是激光器产生光的受激辐射、放大的源泉之所在；泵浦源为在工作物质中实现粒子数反转分布提供所需能源，工作物质类型不同，采用的泵浦方式亦不同；光学谐振腔为激光提供正反馈，同时具有选模的作用，光学谐振腔的参数影响输出激光器的质量。
激光器种类繁多，习惯上主要以以下两种方式划分：一种是按照激光工作物质，一种是按激光工作方式分，而本文主要是介绍按照激光工作物质划分来介绍典型的激光器。
二典型激光器1，气体激光器气体激光器利用气体或蒸汽作为工作物质产生激光的器件。
它由放电管内的激活气体、一对反射镜构成的谐振腔和激励源等三个主要部分组成。
主要激励方式有电激励、气动激励、光激励和化学激励等。
其中电激励方式最常用。
在适当放电条件下，利用电子碰撞激发和能量转移激发等，气体粒子有选择性地被激发到某高能级上，从而形成与某低能级间的粒子数反转，产生受激发射跃迁。
下面是典型激光器的示意图：图2 气体激光器示意图根据气体工作物质为气体原子、气体分子或气体离子，又可将气体激光器分为原子激光器、分子激光器和离子激光器。
原子激光器中产生激光作用的是未电离的气体原子，激光跃迁发生在气体原子的不同激发态之间。
采用的气体主要是氦、氖、氩、氪、氙等惰性气体和铜、锌、锰、铅等金属原子蒸汽。
原子激光器的典型代表是He-Ne激光器。
He-Ne激光器是最早出现也是最为常见的气体激光器之一。
红宝石激光器的工作原理
红宝石激光器的工作原理
红宝石激光器是一种基于红宝石晶体的固态激光器，其工作原理如下：
1. 激发能级提升：在激光器中加入适当的能量源，如闪光灯或光电二极管。
能量源的光子会被吸收并转移给红宝石晶体中的某些电子，使其从基态跃迁到激发态能级。
2. 跃迁的受限：由于红宝石的晶格结构特殊，一部分电子在激发态能级之间会被晶格约束，无法自由跃迁到更低的激发态能级或者基态。
这种约束称为受限跃迁。
3. 受限路线的选择：受限在激发态能级之间的电子需要通过特定的能级间跃迁路径释放能量。
在红宝石晶体中，这些路径可分为两大类，即：晶格振动和与由色心引起的电子关联的激发态能级跃迁。
4. 各能级之间的跃迁：受限跃迁导致电子逐渐在不同的激发态能级之间进行跃迁，释放出储存的激发能。
这些激发态能级之间的跃迁在一定能级差的作用下频率集中，形成了激光所需要的狭窄频谱线。
5. 反射与放大：在激光腔中，红宝石晶体的一端是高反射率镜，另一端是部分透射镜。
激光腔中的激光在腔内来回反射，不断受到能级之间的跃迁放大。
同时，部分透射镜允许一部分光线从腔中逃逸，形成激光输出。
6. 激光输出：通过连续激发和放大过程，红宝石激光器将电能转化为激光能，从而实现激光输出。
激光的特性取决于红宝石晶体中能级结构和激发能源的特点，如光谱线宽度、脉冲宽度和功率等。
综上所述，红宝石激光器利用红宝石晶体中特定的能级结构和受限跃迁的特性，通过能级间的跃迁释放激发能量，最终实现激光输出。
红宝石激光器的工作原理
红宝石激光器的工作原理红宝石激光器是一种利用红宝石晶体产生激光的装置。
它的工作原理基于激光的受激辐射，通过加载能量到红宝石晶体中，使晶体产生激光放大效应。
首先，让我们来了解红宝石晶体的结构和性质。
红宝石晶体的结构是由氧化铝（Al2O3）组成的，其中掺杂有少量的铬离子（Cr3+）。
这些掺杂的铬离子是红宝石激光器产生激光的关键。
在红宝石激光器中，首先通过能量输入装置将能量传递到红宝石晶体中。
这个能量输入装置通常是一个弧光灯，它会通过通电形成电弧，产生高温和高压的气体，进而激发红宝石晶体。
在激发的过程中，红宝石晶体会吸收能量并使其原子的电子跃迁到高能级。
这个高能级是红宝石晶体内激光产生的起始位置。
在这个高能级上，电子处于不稳定的状态，会很快回到基态。
当电子从高能级回到基态时，会通过辐射的方式释放能量。
这个能量释放的过程中，电子会向基态过渡并释放光子。
这些光子具有相同的频率和相位，并且在晶体中以一定的模式传播。
此时，一个光学谐振腔被放置在红宝石晶体的两端。
这个光学谐振腔由两个高反射镜和一个部分透射镜组成，用于反射和放大激光。
当光子从红宝石晶体中发射出来时，它们会在光学谐振腔中来回地反射。
反射的光子与基态的电子再次发生能量交换，更多的光子被释放，这就是激光放大效应。
在光学谐振腔中，激光光束会不断被反射和放大，最终形成一个强大且定向的激光束。
为了维持激光的连续输出，需要一个能量反馈机制。
在红宝石激光器中，一个部分透射镜会允许一小部分光子从光学谐振腔中逸出。
这些逸出的光子会被光学器件收集起来，通过反馈系统传递回红宝石晶体，补充能量。
这样，红宝石晶体就能够持续地产生激光输出。
总结一下，红宝石激光器的工作原理是通过加载能量到红宝石晶体中，使晶体产生激光放大效应。
在这个过程中，红宝石晶体的铬离子扮演着重要的角色，通过光子的辐射和电子的能量交换释放激光。
激光通过光学谐振腔的反射和放大，最终形成一个强大和定向性的激光束。
红宝石激光器原理
红宝石激光器原理咱们今儿个聊聊红宝石激光器，这玩意儿可不光听着高大上，实际上也是科技圈里的一颗璀璨明珠，闪耀着智慧的光芒。
咱们就手牵手，一步步揭开它的神秘面纱，用最接地气的方式，聊聊它的来龙去脉。
一、红宝石的魔力初现1.1 缘起：石头里的光想当年，科学家们在实验室里捣鼓着各种材料，想找到能发光发热的宝贝。
这不，红宝石就这么不经意地闯入了他们的视线。
这红宝石啊，不仅颜色诱人，还藏着个不为人知的秘密——它能发光！这可不是普通的发光，而是能发射出激光的那种，厉害吧！1.2 激光的奥秘激光，简单来说，就是特别纯、特别亮、还特别直的光线。
它像一把无形的剑，能穿透很多物质，还能在远处保持能量不散。
红宝石激光器，就是利用红宝石里的某些特性，把这股力量激发出来。
二、红宝石激光器的诞生记2.1 从理论到实践的跨越理论总是美好的，但要把它变成现实可不容易。
科学家们得琢磨怎么给红宝石加点料，让它心甘情愿地发出激光。
经过无数次的尝试和失败，他们终于找到了那个“魔法配方”——掺杂点别的元素进去，再给它来点外部刺激，比如用强光或者电流。
嘿，这招还真灵！2.2 点亮第一束激光当第一束红宝石激光从实验装置中射出时，整个实验室都沸腾了。
那光线，就像夜空中最亮的星，照亮了科学探索的新道路。
那一刻，红宝石激光器正式诞生，成为了激光技术史上的一个重要里程碑。
2.3 从实验室走向生活随着技术的不断成熟和完善，红宝石激光器开始走出实验室，走进了我们的生活。
从医疗手术到工业加工，从科研探索到艺术创作，它的身影无处不在。
它就像一位多才多艺的艺术家，用光的力量在各个领域描绘着属于自己的精彩画卷。
三、红宝石激光器的魅力所在3.1 精准无比红宝石激光器发出的光线特别直、特别细，就像一根无形的针线，能够精确地定位到目标上。
这种精准性使得它在医疗手术中能够减少创伤和疼痛；在工业加工中能够提高精度和效率。
3.2 能量强大别看它只是一束光，但能量可是杠杠的。
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
红宝石激光器
• 激光器由三部分组成： 激活介质，谐振腔和激 发源。
• 激光具有：单色性，方 向性，高亮度，相干性。
激活介质 激发源
激光器的特性参数
• 功率（平均／峰值），能量 • 波长，频率，线宽 • 脉冲宽度，重复频率 • 光斑直径，发散角，Ｍ－平方因子 • 模式，波长可调谐性 • 稳定性（波长／频率／功率／能量／方
能否产生振荡,取决于增益与损耗的大小。对光学 谐振腔, 要获得光自激振荡, 须令光在腔内来回一次 所获增益,至少可补偿传播中的损耗。
激光振荡阈值是腔内辐射由自发辐射(荧光)向受 激辐射(激光)转变的转折点。
(一) 激光器的增益
增益系数的定义： G 1 dI (z) I (z) dz
光强随距离的变化： I (z) I (0) exp(Gz)
激光器在光电检测中的应用
• 激光测距，测长，测平面度等 • 激光大气污染检测 • 激光ＤＮＡ检测 • 激光海洋探测 • 激光制导 • 激光雷达 • 激光干涉测量（探伤） • 激全息测量
激光器工作原理
一、激光产生的阈值条件
二、激光器的工作特性 三、激光放大器
一、激光产生的阈值条件
激光工作物质位于谐振腔内，当工作物质的某对 能级之间发生粒子数反转分布时，频率处在这对能级 自发辐射谱线宽度内的微弱光信号，将获得增益而放 大；由于谐振腔内存在各种损耗，光信号在其中传输 时，又会不断衰减。
激励方法(按激励能源分类): 光泵抽运、电激励 (气体放电激励)、化学激励、 核能激励等。
(二) 激光器的损耗
1、内部损耗
增益介质内部由于成分不均匀、粒子数密度不均匀或有缺陷 而使光产生折射、散射等使部分光波偏离原来的传播方向，
红宝石激光器的工作原理
红宝石激光器的工作原理
红宝石激光器的工作原理基于激光的放大过程，使用红宝石晶体作为工作介质。
在激光器内，红宝石晶体的两端被镀膜，其中一端被反射镜封闭，另一端被准反射镜封闭。
首先，通过一个能量源（如闪光灯）将能量输入红宝石晶体。
晶体中的铬离子（Cr3+）受到能量激发，从低能级跃迁到高能级。
这个过程可能需要在室温下或者通过制冷系统来保持晶体温度较低。
在晶体中部分铬离子跃迁至高能级之后，会经历自发辐射的过程，从而退回到低能级。
这个过程中，铬离子会发射出特定波长的光子，即激光光子。
然而，这些光子并不会立即形成连续，相干的激光束。
为了实现光子的放大和聚焦，需要在晶体两端的反射镜之间构建一条光学腔。
准反射镜只反射一小部分光子，而其余的光子逃逸光学腔。
然后，逃逸的光子会与处于高能级的铬离子相互作用，从而引起多次反复的受激辐射过程。
这些受激辐射的光子与之前已经发出的光子相位相同，方向一致，在反射镜之间不断来回地反弹。
随着多次反射放大，激光束逐渐形成，光子从铬离子的高能级向低能级跃迁时产生的辐射加速了光子数目的增长。
在达到足够大的光强后，激光器将输出连续、同相且高度相干的红光激
光束。
值得注意的是，红宝石激光器的运行需要稳定的能源供应和注意保持晶体温度，以确保红宝石晶体始终处于激活状态并发出相干激光。
红宝石激光器工作原理
红宝石激光器工作原理一、前言红宝石激光器是一种基于固体激光器的激光器，具有高功率、高效率、稳定性好等优点，被广泛应用于医疗、通信、材料加工等领域。
本文将对红宝石激光器的工作原理进行详细介绍。
二、红宝石晶体红宝石晶体是红宝石激光器的核心部件，其化学式为Al2O3。
晶体中掺杂有Cr3+离子，这些离子受到外界能量刺激后会发生跃迁，产生较为稳定的能量差，从而发射出特定波长的激光。
三、能级结构在红宝石晶体中，Cr3+离子处于一个复杂的能级结构中。
其中最低能级为基态（4A2），最高能级为第二亚带（2E）。
在这两个能级之间还存在着多个亚带和元带。
四、吸收和辐射过程当红宝石晶体受到外界能量刺激时，Cr3+离子会从基态跃迁到第一亚带（2E）。
在此过程中，晶体会吸收光子的能量。
当Cr3+离子处于第一亚带时，它们会通过非辐射跃迁回到基态，释放出热能。
如果晶体中存在足够的外部刺激，这些Cr3+离子可以通过受激辐射跃迁到第二亚带，并在此过程中发射出激光。
五、泵浦源为了实现红宝石晶体中的受激辐射跃迁，需要提供足够的外部刺激。
这个刺激源通常被称为泵浦源。
泵浦源可以是闪光灯、半导体激光器或其他类型的激光器。
六、闪光灯泵浦闪光灯泵浦是最早也是最常见的红宝石激光器泵浦方式。
在这种方式下，一个高压电容器储存电荷并将其释放到一个氙气闪管中。
当电荷通过氙气时，会产生一个瞬间高达几百千伏的电压，从而使氙气放电并产生强烈的白光。
这种白光会被红宝石晶体吸收，并刺激Cr3+离子发生受激辐射跃迁，从而产生激光。
七、半导体泵浦半导体泵浦是一种新型的红宝石激光器泵浦方式。
在这种方式下，使用高功率的半导体激光器来代替传统的闪光灯。
由于半导体激光器具有高效率、小尺寸等优点，因此该方式已经被广泛应用。
八、输出镜和反射镜为了将产生的激光输出到外界，需要在红宝石晶体两端分别安装一个输出镜和反射镜。
输出镜通常是一个部分透明的薄膜，可以让一部分激光通过并输出到外界；反射镜则可以将未被输出的激光反射回晶体中进行进一步增益。
红宝石激光器的工作原理
红宝石激光器的工作原理
红宝石激光器的工作原理是基于激光的放大效果和受激辐射的原理。
它包含一个具有红色红宝石晶体的激光材料，并且通过光泵激发产生激光。
首先，在激光器中使用一个光源来光泵（过量激发）红宝石晶体。
这个光源通常是一束强光、闪光灯、激光二极管或其他激光器。
当光源光泵晶体时，晶体内的能级分布会发生改变。
在红宝石晶体的基态（低能级）和激发态（高能级）间存在一个能级差。
当晶体被光泵后，晶体中的电子被激发到激发态。
接下来，当一个激发态的电子从激发态退回到基态时，它释放出来的能量会被传递给晶体内的其他电子。
这个过程被称为受激辐射。
通过这个受激辐射过程，一个电子退回到基态时会导致其他电子也从激发态退回到基态，并释放出更多的能量。
这种能量释放的过程会导致一个能量级联的放大效应。
当足够多的电子通过受激辐射过程退回到基态时，激光器中形成了一个能量大量聚集的地方。
最后，在激发的红宝石晶体的一端放置一个半反射性镜片，而在晶体的另一端放置一个全反射性镜片。
这个配置允许只有一定方向上的光来回反射在晶体内，形成了激光束。
激光通过全反射性镜片逃逸出激光器的输出端。
总之，红宝石激光器工作的关键是利用红宝石晶体的光泵和受激辐射的过程来实现能量的放大，最终产生一束红色激光。
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。
红宝石激光器的原理及应用
红宝石激光器的原理及应用1. 红宝石激光器的原理激光器是一种将能量转化为高纯度、单色、高亮度的光束的装置，而红宝石激光器就是基于红宝石晶体的激光器。
红宝石晶体中的Cr^3+离子在激发能级和基态能级之间跃迁时会发射出一种特定波长的光，这种光就是激光。
红宝石激光器的基本原理如下：1.首先，红宝石晶体被外部能源激发，通过电击或者闪光灯的激发，使晶体中的Cr^3+离子被激发到高能级；2.当Cr^3+离子处于高能级时，它们会向基态能级跃迁，发射出激光；3.晶体中的光子将在晶体两侧镜面的反射下，来回穿过红宝石晶体，最终形成一个高亮度、单色、并具有高相干度的激光。
2. 红宝石激光器的应用红宝石激光器具有很多应用领域，下面列举了几个常见的应用：2.1 医疗美容红宝石激光器在医疗美容行业中有广泛的应用。
它可以用于去除纹身、脱毛、祛除血管病变以及治疗皮肤病等。
红宝石激光器的高能量、高亮度和短脉冲宽度使其能够精确加热或破坏目标物质，而不会对周围组织产生过多的热损伤。
2.2 材料加工红宝石激光器在材料加工领域中也非常重要。
它可以用于切割、焊接、打孔和刻蚀材料等。
红宝石激光器能够产生高功率的激光束，并且可以实现高精度的加工效果。
这使得它在微电子、光电子、半导体等行业中得到了广泛的应用。
2.3 科学研究红宝石激光器在科学研究领域中也扮演着重要的角色。
它可以用于光谱分析、光学测量、激光实验等。
红宝石激光器所发射的激光具有高相干度和单色性，可以提供高质量的光束，适用于各种实验的需要。
2.4 军事应用红宝石激光器在军事应用中有重要的地位。
它可以用于目标识别、制导导弹、激光雷达等。
红宝石激光器的高能量和高亮度使其在军事系统中起到了至关重要的作用，可以提高目标击中率和命中精度。
2.5 星载激光通信红宝石激光器还可以用于星载激光通信系统中。
激光通信是一种利用激光束进行通信的技术，其速度和容量远远超过传统的无线电通信。
红宝石激光器可以提供高纯度、高亮度的光源，适合用于星载激光通信系统中，可以实现高速、高带宽的通信需求。
红宝石激光操作方法
红宝石激光操作方法红宝石激光器是一种常用于医疗和美容领域的激光设备。
它以红宝石晶体为激光介质，并通过注入电能和光学系统的调整，产生高能量的红宝石激光束。
在进行红宝石激光治疗或美容操作之前，首先需要对设备进行正确的操作和调整。
下面我将详细介绍红宝石激光器的操作方法。
1. 设备准备在进行任何激光操作之前，首先需要对红宝石激光器进行正确的设备准备。
确保设备与电源连接正常，并检查设备的各个部件是否正常运转，如冷却系统、光学系统等。
2. 调节参数红宝石激光器的参数调节对于治疗效果的影响非常大。
根据不同的治疗需求和目的，需要调节不同的参数，如激光功率、脉冲宽度、重复频率等。
调节参数前，先了解患者的肤质类型、病情等，并根据需要选择合适的参数范围。
3. 治疗区域准备在进行激光治疗之前，需要对治疗区域进行准备。
首先，清洁并消毒患者的皮肤，然后使用合适的术前清洁剂，如酒精，清除治疗区域的污垢和油脂。
确保治疗区域干净、无细菌或感染。
4. 佩戴护目镜在操作红宝石激光器之前，操作者和患者都需要佩戴合适的护目镜，以保护眼睛不受激光束的伤害。
激光束可以造成严重的眼睛损伤和失明，因此护目镜是必须的。
5. 光束调整将红宝石激光器的光束调整到合适的大小和形状。
根据不同的治疗需求，光束可以调整为点状、线状或圆形等形状。
调整光束的方法通常是通过调节透镜或其他光学组件。
6. 开始治疗在调节完设备参数和光束后，可以开始进行红宝石激光的治疗操作。
在进行治疗操作时，要保持手稳定，将激光器的光束照射到治疗区域，保持适当的距离和接触，控制激光束的时间和区域。
7. 治疗过程中的注意事项在治疗过程中，需要注意以下几点：- 保持光束的稳定和垂直，以确保激光能够完全照射到治疗区域。
- 控制激光的照射时间和强度，避免造成过度治疗和皮肤损伤。
- 根据患者的反应和情况，适时调整参数和治疗方法，以获得更好的治疗效果。
- 治疗完毕后，及时对患者进行术后护理，如使用冰袋冷敷、局部消炎药物等。
8红宝石激光器的优缺点讲解
连续输出。
优点2：红宝石激光器输出的红光(0.6943um)，不仅能为人眼
可见，而且很容易被探测器接收(目前大多数光电元件和照相乳
胶，对红光的感应灵敏度较高)。
2. 学习内容
缺点：阈值高(因是三能级)，性能易随温度变化。
总结：因此，红宝石仍属一种优良的工作物质而得到广泛应 用。用红宝石制成的大尺寸单脉冲器件输出能量已达上千焦耳。
红宝石在激光发展上是贡献比较大的一种晶体。
3. 小结
缺点：阈值高、性能易随温度变 化。 优点：机械强度高 , 能承受很高
红宝石激光器的优缺点
的激光功率密度；容易生长成较
大尺寸；亚稳态寿命长 ,储能大,
可得到大能量输出。
4. 作业思考题
①列举红宝石激光器的3项优点。
②三能级系统的激光器为何阈值较高？
红宝石激光器的优缺点
课程名称：激光原理与技术 主讲人：张玄和 单位：浙江工贸职业技术学院
红宝石激光器的优缺点
1. 教学目标
使学1：机械强度高，能承受很高的激光功率密度；容易生长
成较大尺寸；亚稳态寿命长，储能大，可得到大能量输出；荧光 谱线较宽，容易获得大能量的单模输出；低温性能良好，可得到
我国第一台红宝石激光器
我国第⼀台红宝⽯激光器
我国第⼀台红宝⽯激光器
1961年8⽉，中国第⼀台激光器——“⼩球照明红宝⽯”激光器，在中国科学院长春光学精密机械研究所诞⽣了。
它虽⽐国外同类型激光器的问世迟了近⼀年的时间，但在许多⽅⾯有⾃⾝的特⾊，特别是在激发⽅式上，⽐国外激光器具有更好的激发效率，这表明我国激光技术当时已达到世界先进⽔平。
给研究⽣讲激光原理课已经有6个年头了，每次讲到我国第⼀台激光器诞⽣，都要说到这个⼩球照明红宝⽯激光器，但⼀直没有他的具体结构信息，这次⼜要讲它了，⽹上居然找到这张照⽚，⼤喜过望。
学⽣们可以多点感性认识了，也可更形象地看到中国激光诞⽣的过程。
有兴趣知道它的⼯作原理吗，我将很⾼兴在这⾥答疑。
调Q均匀红宝石激光器
调Q宽红宝石激光器红宝石激光器的工作物质是红宝石棒。
在激光器的设想提出不久，红宝石就被首先用来制成了世界上第一台激光器。
激光用红宝石晶体的基质是Al2O3，晶体内掺有约0.05%（重量比）的Gr2O3。
Cr3+密度约为，1.58×1019/厘米3。
Cr3+在晶体中取代Al3+位置而均匀分布在其中，光学上属于负单轴晶体。
在Xe（氙）灯照射下，红宝石晶体中原来处于基态E1的粒子，吸收了Xe灯发射的光子而被激发到E3能级。
粒子在E3能级的平均寿命很短（约10-9秒）。
大部分粒子通过无辐射跃迁到达激光上能级E2。
粒子在E2能级的寿命很长，可达3×10-3秒。
所以在E2能级上积累起大量粒子，形成E2和E1之间的粒子数反转，此时晶体对频率ν满足hν＝E2—E1（其中h为普朗克常数，E2、E1分别为激光上、下能级的能量）的光子有放大作用，即对该频率的光有增益。
当增益G足够大，能满足阈值条件时，就在部分反射镜端有波长为6943×10-10米的激光输出。
1.1 调Q光器的特点固体激光器的应用主要集中在科研与开发、加工、医疗和军用等四个方面。
在科研与开发方面，涉及面很广，包括作核聚变研究用的高峰值功率激光器系统、作光谱研究和新材料开发用的超短脉冲激光器和可调谐激光器、作脉冲全息摄影用的红宝石激光器、作高速摄影用的超短脉冲激光器、测量人造地球卫星轨迹和月球表面用的高精度激光测距仪、遥感用的激光雷达等等。
一般固体脉冲激光器由于存在驰豫振荡现象，输出激光为一无规尖峰脉冲序列，其总的脉冲宽度持续几百微秒甚至几毫秒，峰值功率也只有几十千瓦的水平，远不能满足以上应用要求，正是在这些要求的推动下，人们研究和发展了调Q 技术。
1.2 调Q激光器的发展前景1961年底，邓锡铭几乎与国外同时，独立提出了高功率激光Q开关原理。
他非常形象地解释：把Q开关比喻为一个稍有漏水(自发辐射跃迁)的抽水马桶，当水箱被灌(光泵注入能量)满之后水箱底部的盖快速揭开(Q值突变)，水(激光能量)就一涌而出(激光峰值功率输出)。
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红宝石激光器
红宝石激光器的工作物质是红宝石棒。
在激光器的设想提出不久，红宝石就被首先用来制成了世界上第一台激光器。
激光用红宝石晶体的基质是Al2O3，晶体内掺有约0.05%（重量比）的Gr2O3。
Cr3+密度约为，1.58×1019/厘米3。
Cr3+在晶体中取代Al3+位置而均匀分布在其中，光学上属于负单轴晶体。
在Xe（氙）灯照射下，红宝石晶体中原来处于基态E1的粒子，吸收了Xe灯发射的光子而被激发到E3能级。
粒子在E3能级的平均寿命很短（约10-9秒）。
大部分粒子通过无辐射跃迁到达激光上能级E2。
粒子在E2能级的寿命很长，可达3×10-3秒。
所以在E2能级上积累起大量粒子，形成E2和E1之间的粒子数反转，此时晶体对频率ν满足hν＝E2—E1（其中h为普朗克常数，E2、E1分别为激光上、下能级的能量）的光子有放大作用，即对该频率的光有增益。
当增益G足够大，能满足阈值条件时，就在部分反射镜端有波长为6943×10-10米的激光输出。
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