激光器激励原理
固体激光器原理及应用
固体激光器原理及应用固体激光器是一种使用固态材料作为工作介质，利用吸收外部能量激发材料内部电子跃迁产生激光的器件。
其原理基于材料内部的电子能级结构，通过能量输入使电子能级发生跃迁，产生一束高强度、窄谱线、准单色的激光束。
固体激光器具有激光输出稳定、寿命长、重复频率高、输出功率大等优点，因此在许多领域有着广泛的应用。
固体激光器的工作原理可以分为三个基本步骤：激发、放大和输出。
首先，通过能量输入使材料内部的电子从基态跃迁至激发态，形成一个激发态的粒子团。
其次，通过适当的增益介质，激发态粒子发生受激辐射过程，产生激光并且放大。
最后，通过激光输出装置将激光束从增益介质中输出。
固体激光器的工作介质一般是由具有合适外加激励源的能级结构的晶体或玻璃组成。
常用的材料有Nd:YAG（氧化钇铝铈钕）、Nd:YLF（钇铝石榴石）、Nd:YVO（钇钕钒酸盐）和Ti:sapphire（蓝宝石）等。
这些材料具有良好的耐热性、光学性能和谐振特性。
固体激光器的应用相当广泛。
在科学研究领域，固体激光器常用于物理、化学、生物学等学科中的实验室研究。
其高可靠性和稳定性使其成为激光生物学、光谱学和光物理学等领域的基础工具。
此外，固体激光器在通信领域也有着重要的地位。
特别在光纤通信系统中，固体激光器可以作为光源产生高质量的激光信号，用于传输和接收数据。
固体激光器还在制造业中得到广泛应用。
例如，固体激光器在激光切割、焊接和打标等加工过程中发挥着重要角色。
其高功率和高能量脉冲使其成为材料切割和焊接的理想工具。
此外，固体激光器还可以应用于材料精细处理、纳米加工和激光显微技术等领域，为制造业提供了更加高效和精确的加工手段。
此外，固体激光器还用于医疗领域。
例如，激光手术中使用的激光刀就是一种固体激光器。
固体激光器可以提供高能量和高精确性的激光束，用于切割、热凝固和热疗等医疗操作。
它在眼科手术、皮肤整形和癌症治疗等领域中有着广泛应用。
总之，固体激光器以其稳定的输出功率、高效的能量转化和丰富的应用领域而受到广泛关注和应用。
q激光的原理
q激光的原理
激光的原理是通过受激辐射实现的。
激光是由一束相干光组成的，而相干光是指具有相同频率、相位和方向的光波。
激光的产生基于受激辐射现象，受激辐射是指一个光子与已经存在的一个处于激发状态的原子或分子相互作用后，使该原子或分子从激发态跃迁到基态，并放出一个与原光子具有相同频率、相同方向和相同相位的新光子。
激光的发射是通过三个过程实现的：吸收、激发和辐射。
首先，外部能量的输入被吸收，使得光源中的原子或分子激发到激发态。
然后，在光源中激发态的原子或分子受到外界的激励，使它们跃迁回基态，释放出一个光子。
最后，释放出的光子经过增强，与已经存在的光子相互作用，进一步产生更多的受激辐射，形成一个强大的激光束。
激光的增强过程是通过光源中的增强器实现的。
增强器通常是由具有光放大特性的物质构成的。
在增强器中，光子与激发态的原子或分子相互作用，导致受激辐射现象发生。
这样，激光在增强器中不断增强，从而形成了一束强大的激光束。
激光的性质与其相干性、单色性、方向性和高强度密切相关。
激光具有高度的相干性，光波的相位关系非常稳定，使得激光束能够保持在一个狭窄的光束中传播。
激光也具有很高的单色性，只包含非常狭窄的频率范围内的光波。
此外，激光束具有很强的方向性，即能量被高度集中在一个狭窄的角度范围内。
最后，激光的强度非常高，激光束能够携带大量的能量，并且
在很短的距离内保持高强度。
综上所述，激光的原理是利用受激辐射现象，在特定的条件下产生一束相干、单色、方向性和高强度的光波。
激光原理第九章
2．半导体激光二极管激励 用波长与激光工作物质吸收波长相匹配的激光作激励光源将大大提高激光器效率。
Nd：YAG宽约30nm的810nm泵浦吸收带中含合多条吸收谱线，809nm的半导体激光二极管输出光泵 浦可以准确地对准此吸收带中带宽约2nm的809nm吸收谱线。半导体激光二极管激励的固体激光器的总 效率为7％—20％。
CO2激光器的谐振腔大多采用平凹腔，由于其增益高．也可采用非稳腔以增加其模体积。
高反射镜可用金属制成，也可在玻璃表面镀以金膜，输出端可采用小孔耦合方式或由可透 过红外光的Ge、GaAs等材料制成输出窗。
1、纵向慢流CO2激光器 气体从放电管一端流入，另一端抽走，气流、电流和光轴方向一致。气流目的是排除CO2与电子碰
一、光泵激励 光激励又可分为气体放电灯激励和半导体激光器激励两种方式。 1、气体放电灯激励
以气体放电灯为激励光源是广为采用的激励方式，脉冲激光器采用脉冲氖灯，连续激光器 采用氖灯或碘钨灯。
气体放电灯激励的能量转换环节多，其辐射光谱很宽、只有一部分能量分布在激光工作物质的有效 吸收带内，通常L约为15％，激光器的效率较低，常用的Nd：YAG激光器的效率约为1％—3％
有小型化、全固态、长寿命及热效应小等优点。单个半导体激光器功率已越过1w，半导体激光器列阵 功率达数百瓦。
工作物质的泵浦吸收谱线和已有大功率半导体激光器发射波长匹配是构成半导体激光器泵浦的固 体激光器的必要条件。适于构成此类激光器的固体工作物质有Nd：YAG，Nd：YVO4，Nd：YLF， Tm、Ho：YAG。为了使波长准确匹配，对半导体激光器的温度加以控制。
钕玻璃的荧光寿命长，易于积累高能级粒子。容易制成光学均匀性优良的大尺寸材料，可用 于大能量大功率激光器。
输出能量已达上万焦耳。荧光线宽较宽，适于制成锁模器件，钕玻璃锁模激光器可产生脉 宽小于1ps的超短光脉冲。钕玻璃的热导率低，振荡阈值又较高，因此不宜用于连续和高重 复率运转。
激光器电路原理
激光器电路原理
激光器电路的工作原理是通过激发一定的材料，使其产生激光。
激光器电路通常由四个部分组成：激发电路、放大电路、瞬变保护电路和调制电路。
激励电路是激励激光器材料的电路。
在激光器材料中注入电流或放电电压，以激发原子或分子的粒子运动。
当它们跃迁到低能级状态时，它们会放出激光。
放大电路或增益电路用于将激发电流或电压放大到足以产生激光的水平。
激光信号通过高品质放大器被放大。
瞬变保护电路用于保护激光器电路免受瞬变电压的影响。
在激光器操作时，设备可能会遭遇意外的过压情况，因此瞬变保护电路是必不可少的电路部分。
调制电路用于改变激光器信号的相位、幅度和频率。
这可以实现对激光器信号的控制和调节，主要用于激光器在通信、测量和精密加工等领域的应用中。
说明激光器工作原理
说明激光器工作原理激光器工作原理。
激光器是一种利用激光放大的装置，它能够产生一束高度集中的光束，具有高能量和高单色性。
激光器在许多领域都有着广泛的应用，比如医疗、通信、材料加工等。
它的工作原理是通过激发原子或分子，使其处于激发态，然后在这些激发态的粒子之间引发光子的放大过程，最终形成一束高度聚焦的激光束。
激光器的工作原理可以分为三个主要步骤，激发、增益和反射。
首先，激发步骤是通过给予激光介质能量的方式，使得原子或分子处于激发态。
这通常可以通过电子激发、光子激发或化学激发来实现。
一旦原子或分子处于激发态，它们就会具有一定的能量，可以通过与其他激发态的粒子相互作用来引发光子的发射。
接下来是增益步骤，这一步骤是通过在激发态的原子或分子之间引发光子的发射，从而实现光子的放大。
这通常是通过将激发态的粒子置于一个光学共振腔中来实现的。
在共振腔中，光子会不断地在激发态的粒子之间反复传播，从而引发更多的光子的发射，最终形成一束高度聚焦的激光束。
最后是反射步骤，这一步骤是通过在激光介质的两端放置反射镜，使得激光束在介质内不断地来回反射，从而增强激光束的能量和聚焦度。
一旦激光束被反射镜反射出来，它就可以被用于各种应用，比如在医疗领域用于手术、在通信领域用于光纤通信、在材料加工领域用于激光切割等。
总的来说，激光器的工作原理是通过激发、增益和反射三个主要步骤来实现的。
通过这些步骤，激光器能够产生一束高度聚焦的激光束，具有高能量和高单色性，从而在各种领域都有着广泛的应用。
随着激光技术的不断发展，相信激光器在未来会有更加广阔的应用前景。
激光器的分类介绍
激光器的分类介绍激光器是一种能够产生具有高度一致性和同步性的激光光束的器件。
根据激光器的工作原理、激光器的波长、激光器的应用领域等不同方面的分类，下面将对激光器进行详细的介绍。
一、根据激光器的工作原理进行分类1.固体激光器：固体激光器是利用外部能量源（例如闪光灯、激光二极管）激励激光介质（例如Nd:YAG、Nd:YVO4）产生激光的一种激光器。
固体激光器具有高效率、高能量、高品质光束等特点，在军事、医学、科研等领域有广泛的应用。
2.气体激光器：气体激光器是利用放电激励稀薄气体分子产生粒子数密度高、能级分布宽的激光介质，然后通过光学共振腔将产生的激光进行放大和聚束。
常见的气体激光器有氦氖激光器、CO2激光器等，广泛应用于科研、测量、医学和工业等领域。
3.半导体激光器：半导体激光器是利用半导体材料在电流或者注入光子的作用下产生受激辐射所形成的激光。
其特点是体积小、效率高、功率低、寿命短等，被广泛应用于光通信、激光打印、激光显示等领域。
4.液体激光器：液体激光器采用液体介质作为激光介质进行激光产生。
液体激光器相比固体激光器和气体激光器具有较高的能量、频率较宽、调谐范围较大等特点，在科研和工业领域有着广泛的应用。
二、根据激光器的波长进行分类1.可见光激光器：可见光激光器产生的激光波长在400~700纳米之间，能够被人眼所感知。
可见光激光器广泛应用于激光显示、激光打印、激光医学等领域。
2.红外激光器：红外激光器产生的激光波长在700纳米到1毫米之间，是不可见光。
红外激光器在通信、材料加工、医学、军事等领域有广泛的应用。
3.紫外激光器：紫外激光器产生的激光波长在10纳米到400纳米之间，也是不可见光。
紫外激光器在微加工、光致发光、光解离等领域有重要的应用。
三、根据激光器的应用领域进行分类1.医学激光器：医学激光器广泛应用于激光治疗、激光手术等医学领域，例如激光照射可以刺激细胞增殖、促进伤口愈合，还可以用于激光石化术、激光治疗静脉曲张等。
激光器的工作原理
激光器的工作原理一．光学谐振腔结构与稳定性激光是在光学谐振腔中产生的。
它的主要功能之一是使光在腔内来回反射多次以增长激活介质作用的工作长度，提高腔内的光能密度。
显而易见的是，不垂直于反射镜表面的傍轴光线经过有限次的反射就会投射到平面镜的通光口径之外，而使得激活介质作用的工作长度只得到很有限的增长。
所以，光线能够在谐振腔中反射的次数与其结构密切相关。
能够使腔中任一束傍轴光线经过任意多次往返传播而不逸出腔外的谐振腔能够使激光器稳定地发出激光，这种谐振腔叫做稳定腔，反之称为不稳定腔。
我们讨论光学谐振腔的结构与稳定性的关系。
1.共轴球面谐振腔的稳定性条件光学谐振腔都是由相隔一定距离的两块反射镜组成的。
无论是平面镜还是球面镜，无论是凸面镜还是凹面镜，都可以用“共轴球面”的模型来表示。
因为只要把两个反射镜的球心连线作为光轴，整个系统总是轴对称的，两个反射面可以看成是“共轴球面”。
平面镜是半径为无穷大的球面镜。
如果其中一块是平面镜，可以用通过另一块球面镜球心与平面镜垂直的直线作为光轴。
平行平面腔的光轴则可以是与平面镜垂直的任一直线。
当然两个平面镜不平行不能产生谐振，不在讨论之列。
图（2-1）共轴球面腔结构示意图如图（2-1）所示，共轴球面腔的结构可以用三个参数来表示：两个球面反射镜的曲率半径R1、R2，和腔长即与光轴相交的反射镜面上的两个点之间的距离L。
如果规定凹面镜的曲率半径为正，凸面镜的曲率半径为负，可以证明共轴球面腔的稳定性条件是111021≤⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-≤R L R L （2-1） 上式左边成立的条件等价于⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-11R L 和⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-21R L 同时为正或同时为负，这就要求两镜面的曲率半径为正时必须同时大于腔长或同时小于腔长。
如果镜面的曲率半径同时为负，尽管上式左边成立，右边的不等式却不成立。
如果镜面的曲率半径一正一负，则需要具体讨论。
2.共轴球面腔的稳定图及其分类为了直观起见,常用稳定图来表示共轴球面腔的稳定条件。
2激光器的工作原理
1.
2.
3.
有效地控制腔内实际振荡的模式数目，获得单色性 好、方向性强的相干光 可以直接控制激光束的横向分布特性、光斑大小、 谐振频率及光束发散角 可以控制腔内光束的损耗，在增益一定的情况下能 控制激光束的输出功率
l3
q
l2
折叠腔
l1
谐振腔作用：提供光学正反馈，控制光束特征 (模式,功率,光斑)
2.光腔的两种理论方法
• 衍射理论: 不同模式按场分布,损耗, 谐振频率来区分, 给出 不同模式的精细描述, 适用菲涅尔数不大, 衍射效应明显 • 几何光学+干涉仪理论: 忽略反射镜边缘引起的衍射效应,
不同模式按传输方向和谐振频率来区分, 粗略但简单明了
谐振腔的使用特点（1）可使输出光有良好的方向性。（2） 限制模式和选择频率的作用。
§2.1 谐振腔
1.腔的构成与分类
(a) 闭腔 (b) 开腔 介质波导腔
另：折叠腔、环形腔 复合腔－腔内加入其它光学元件，如透镜，F－P标准具等 按谐振腔的几何逸出损耗分类：稳定腔，非稳定腔，临界腔
一般要求上能级 E 2的自发辐射寿命大于下能级E 1的自发辐 射寿命，而且根据跃迁选择定则，该两能级之间的辐射跃迁 是被允许的，同时辐射的频率 （E2 E1） / h 适合我们的 要求。
２． 泵浦源（激励源） 采用一定的激励方式和激励装置。 根据工作物质 特性和运转条件的不同，采用不同的方式和装置， 提供的泵浦源可以是光能、电能、化学能及原子能 等。 激励源的选择取决于工作物质的特点。因而不 同工作物质往往需要不同的泵浦源。如对固体激光 器一般采用脉冲氙灯、碘钨灯等光激励的办法，对 气体激光器则用电激励方法，通过放电直接激励工 作物质。此外激励源的选择也应考虑到激励效率等 问题。
激光器工作原理
激光器工作原理
激光器是一种能够产生高度聚焦、强度高、单色性好的激光光束的装置。
它的工作原理基于光的放大与受激辐射。
激光器的工作过程是这样的：首先，一个能量较低、受激发光的自然光源（例如氙灯或半导体激光二极管）会通过一个光学装置来收集和聚焦，使得光线能够尽可能地集中在一个小的区域内。
然后，这束光线将进入一个光学增益介质，该介质通常由激活物质组成，如激光晶体或激光气体。
当光线通过增益介质时，该介质中的原子或分子将受到激发，处于高能级状态。
接着，当有第二束称为泵浦光的光线入射到增益介质中时，它会与处于高能级的原子或分子发生能量交换。
这种交换激发了更多的原子或分子，使它们处于高能级状态，并形成了一个所谓的激发态。
这个过程叫做光学增益。
然后，一个光反射器（例如半透明镜或光纤回转镜）被放置在增益介质的一端，而在另一端则放置了一个全反射器（例如平面反射器或棱镜），用来形成光学腔。
在光学腔中，泵浦光与增益介质中激发出来的光子进行多次的来回反射。
这样，激发态的原子或分子可以通过受激辐射的过程，将能量转移到其他的光子上去。
经过多次的来回反射，光子的数量不断增加，而且它们的相位
也会保持一致。
最终，当光子的数量和相位达到临界条件时，激光光束就会从全反射器中射出。
通过调整其中的光学元件和性质，激光器可以产生不同波长的单色光。
这些单色光可以应用于激光切割、激光打印、激光测距和激光医疗等各种领域。
激光器的工作原理凭借其高度聚焦、单色性好的特点，已经成为现代科技中的重要技术之一。
激光器的构造及工作原理
激光器的基本结构
激光器一般由三部 分构成，如图4-1-3所示。
1.激光工作物质
在一定条件下，能产生光的受激辐射的物质，称为激 光工作物质。 激光工作物质可以是气体、液体、固体（包括各类半 导体）。现在，激光工作物质已有近千种，可以产生的激 光包括X射线、紫外光、可见光、红外光等，具有很宽广 的波长范围。
多的次数后，就可以在腔内建立起稳定的相干光振荡。
激光器的工作原理
激光工作物质中自发辐射的光，引起工作物质的受激 辐射。在天然情况下，这种受激辐射的光不能被放大。但 是，当激光工作物质处于特定的装置（谐振腔）中时，受
激辐射光可以被反射回来诱导产生新的受激辐射，光在上
述谐振腔内来回反射、振荡，在激励源不断提供必要能量 的条件下，受激辐射的光就可被不断放大，并从部分反射 镜一端输出，形成具有一系列特殊性质的激光。
2.光的受激辐射 当处于高能态E2上的粒子，受到能量等于 E=hv=|E2-E1| 的外来入射光子照射时，由于这种光的刺激而发 射一个与入射光子一模一样的光子，粒子自身跃 迁到低能态E1上去，在这一过程中，发射的光子 与入射的光子，在频率、相位、偏振状态以及发 射方向等方面都完全相同，这个过程称为光的受 激辐射（stimulatedemission），如图4-1-2所示。
2.激励源
给激光工作物质提供能量的装置，叫激励源，包 括用气体放电的办法激发工作物质的电激励；用脉冲 光源来照射工作物质的光激励；还有热激励、化学激 励等。
3.谐振腔
使受激辐射的光得以放大的装置，叫谐振腔。在激光 器的两端面对面地装上两块反射率很高的镜，使得在一定 方向上的受激辐射的光在两块镜间多次往返，当往返足够
练习与评价
1.什么是自发辐射？什么是受激辐射？ 2.激光器由哪三个基本部分组成？ 3.简述激光器的工作原理。
激光的原理及激光器分类
一、基础原理量子理论认为，所有物质都是由各种微观”粒子”组成,如分子,原子,质子,中子,电子等。
在微观世界里,各种粒子都有其固有的能级结构。
当一个粒子从高能级掉到低能级时，根据能量守恒定律，它要把两个能级相差部分的能量释放出来，通常这个能量以光和热两种形式释放出来。
二、自发辐射、受激辐射1、自发辐射普通常见光源的发光（如电灯、火焰、太阳等地发光）是由于物质在受到外来能量（如光能、电能、热能等）作用时，原子中的电子就会吸收外来能量而从低能级跃迁到高能级，即原子被激发。
激发的过程是一个“受激吸收”过程。
但是处在高能级（E2)的电子寿命很短（一般为10－8～10－9秒），在没有外界作用下会自发地向低能级（E1）跃迁，跃迁时将产生光（电磁波）辐射。
辐射光子能量=E2-E1。
过程各自独立、互补关联，所有辐射的光在发射方向上是无规律的射向四面八方，并且频率不同、偏振状态和相位不同。
2、受激辐射在原子中也存在这样一些特定高能级，一旦电子被激发到这个高能级之上，却由于不满足跃迁的条件，发生跃迁的几率很低，电子能够在高能级上的时间很长，就所谓的亚稳定状态。
但在能在外界光场的照射下发生往下跃迁，并且向下跃迁时释放出一个与射入光场相同的光子，在同一个方向、有同一个波长。
这就是受激辐射，激光正是利用这一原理激发出来。
二、粒子数反转通过受激辐射出来的光子，不仅可以引起其他粒子受激辐射，也可以引起受激吸收。
只有在处于高能级的原子数量大于处于低能级原子数时，所产生的受激辐射才能大于受激吸收。
但是在自然条件下，原子都是都处于稳定的基态，只能通过技术手段将大量的原子都调整到高能级的状态，才能有多余的辐射向外产生。
这个技术叫粒子数反转。
三、光放大过程通过粒子数反转后，其中一个粒子首先在外界光场的照射刺激下，对外发出了一个光子，这个光子又刺激其他粒子再次对外发射光子，并且方向相同，波长相同。
但是这样放大的光还不够强。
科学家设计了一个光学偕振腔（两片反射玻璃，一片100%反射、一片接近100%反射），通过反复反射，将光强度进一步扩大。
激光器的工作原理
激光器的工作原理激光器是一种能够产生高强度、相干、单色和定向的光束的设备。
它在科学、工业、医疗和通信等领域有广泛的应用。
激光器的工作原理是通过受激辐射过程将输入能量转化为光能，并通过光的反馈和放大来实现激光放大。
激光器的工作过程可以分为三个基本步骤：激励、增益和输出。
首先是激励阶段。
激光器需要能源来激发其工作质子。
激光器可以通过电能、光能或化学能等不同形式的能源来激励，具体的激励方式根据激光器的种类而不同。
无论使用何种方式，激光器都需要通过能源输入来提供激发粒子所需的能量。
例如，气体激光器通过电宇放电产生光子，固体激光器通过用闪光灯激励固体材料来产生光子。
然后是增益阶段。
在激励阶段之后，激光器中的激励粒子会被激发到一个高能态，并在这个态中处于激发田之中。
这时，当一个光子经过这个激发田时，它会激励一个已激发的粒子回到其低能态，从而产生两个相干的光子并释放出更多的能量。
这个过程被称为受激辐射，它是激光器产生相干光的关键。
受激辐射过程如何发生呢？在激光器中，激光介质被包围在一个光学腔内，该腔包含两个镜子：一个是部分透明的输出镜，另一个是高反射率的反射镜。
当光子进入激光介质中时，它会与激励粒子发生相互作用，并可能通过受激辐射方式产生其他激光光子。
这些产生的激光光子会沿着腔中的光学轴向前传播。
当它们经过反射镜时，一部分光子会被反射回激光介质，而另一部分光子则通过输出镜逸射出来。
这样，反射和透射的光子都成为了激励粒子周围的更多激励源，进一步刺激产生更多的激光光子。
这种通过反射和透射不断放大的光子被称为激光。
最后是输出阶段。
通过透射出光是激光工作的目的，这需要控制激光的发射方向。
在激光器的输出镜上，可以通过改变其反射率来调整激光的输出能量和方向。
通常使用工艺精细的部分透明膜来实现这种效果。
激光光子在部分反射的同时也会透射出来，形成激光束。
这束激光经过进一步整形和聚焦，可以用于科学研究、医疗治疗、材料加工以及通信等领域。
激光实验报告实验小结
一、实验背景激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）是一种高度聚焦、方向性好、单色性好、相干性强的光。
自20世纪60年代激光技术问世以来，激光已广泛应用于工业、医疗、科研、军事等领域。
为了深入了解激光的特性，我们开展了本次激光实验。
二、实验目的1. 熟悉激光的基本原理和特性；2. 掌握激光器的工作原理和结构；3. 了解激光在各个领域的应用；4. 培养学生的实验操作能力和科学素养。
三、实验内容1. 激光器的基本原理和特性2. 激光器的结构和工作原理3. 激光在各个领域的应用4. 激光实验操作四、实验过程1. 激光器的基本原理和特性（1）激光的产生原理：当物质被激发后，产生大量能量，能量在物质中传递，最终以光的形式释放出来。
这个过程称为受激辐射。
（2）激光的特性：单色性好、方向性好、相干性好、亮度高。
2. 激光器的结构和工作原理（1）激光器的结构：激光器主要由激光介质、激励源、光学谐振腔和输出耦合器等组成。
（2）激光器的工作原理：当激光介质被激励源激发时，产生大量能量，这些能量在光学谐振腔中反复反射，经过多次受激辐射，最终形成高亮度、单色性好、方向性好的激光。
3. 激光在各个领域的应用（1）工业领域：激光切割、激光焊接、激光打标、激光清洗等。
（2）医疗领域：激光手术、激光治疗、激光美容等。
（3）科研领域：激光光谱分析、激光通信、激光雷达等。
4. 激光实验操作（1）搭建激光实验平台：包括激光器、光学谐振腔、激励源、输出耦合器等。
（2）调整光学谐振腔：通过调整激光器的各个光学元件，使激光能够在谐振腔中稳定传播。
（3）观察激光特性：通过观察激光的光斑、颜色、方向等特性，了解激光的特性。
（4）进行激光实验：利用激光进行切割、焊接、打标等操作，验证激光在各个领域的应用。
五、实验结果与分析1. 激光器输出激光的稳定性：通过调整激光器各个光学元件，使激光能够在谐振腔中稳定传播，输出激光的稳定性较好。
激光器原理
激光器原理
1、工作物质：激光器的核心，只有能实现能级跃迁的物质才能作为激光器的工作物质。
2、激励能源：它的作用是给工作物质以能量，将原子由低能级激发到高能级的外界能量。
通常可以有光能源、热能源、电能源、化学能源等。
3、光学共振腔：作用一是使工作物质的受激辐射连续进行；二是不断给光子加速；三是限制激光输出的方向。
最简单的光学共振腔是由放置在氦氖激光器两端的两个相互平行的反射镜组成。
当一些氖原子在实现了粒子数反转的两能级间发生跃迁，辐射出平行于激光器方向的光子时，这些光子将在两反射镜之间来回反射，于是就不断地引起受激辐射，很快地就产生出相当强的激光。
应用光有关原理的物品
应用光有关原理的物品1. 激光器•激光器是一种应用光学原理制造的重要物品，它通过聚集光线，产生一束高度聚焦和定向性强的激光光束。
激光器广泛应用于医学、工业、军事等领域。
•激光器的工作原理是通过激励介质（如气体、固体或半导体）中原子或分子的能级跃迁，使得光子在两个能级之间来回反弹，产生一束一致性很强的激光光束。
2. 光纤•光纤是一种能够传输光信号的物品，一般由高纯度的石英玻璃或塑料制成。
光纤的直径通常只有几个微米，具有高强度和低损耗的特性。
•光纤的工作原理是基于全反射的原理。
当光从一种介质进入到另一种光密度更高的介质中时，会发生全反射现象，使得光能够沿着光纤传输。
3. 液晶显示器•液晶显示器是一种利用光学原理来显示图像的设备。
它由一系列液晶单元构成，每个液晶单元能够控制通过的光的偏振方向，从而实现显示不同图像的功能。
•液晶显示器的工作原理是通过液晶分子的定向和排列改变光的偏振方向。
在液晶分子未被激励时，光无法通过，显示器表现出黑色。
当液晶分子被激励时，光可以通过，显示器表现出亮色。
4. 光电二极管•光电二极管是一种能够将光信号转换为电信号的器件。
它的工作原理是基于内部PN结的光伏效应。
•当光照射到光电二极管上时，光的能量可以打破材料中的价带，使得光电二极管内部形成电子和空穴。
由于PN结的存在，电子会被推向P区，空穴则被推向N区，从而产生电流。
5. 光学显微镜•光学显微镜是一种利用光学原理观察微小物体的仪器。
它通过聚焦光束和透镜来放大被观察物体的细节。
•光学显微镜的工作原理是利用光的折射和透镜的成像原理。
当光透过物体时，会发生折射现象，使得光线的路径发生弯曲。
透镜通过调节光线的折射度，使得物体能够在显微镜中被放大和观察。
6. 光敏电阻•光敏电阻是一种能够根据光照强度变化而改变电阻值的器件。
它的工作原理是基于光敏材料对光的敏感程度。
•光敏电阻的光敏材料有铟化锌、镉硒等。
当光照射在光敏电阻上时，光的能量会激发光敏材料中的电子，从而改变材料内部电子的排布结构，进而改变电阻值。
激光器产生激光的原理
激光器产生激光的原理
激光器产生激光的原理是利用电子从低能级跃迁到高能级时所放出的能量。
在激光器中，有两个反射镜夹持着激活的介质，介质中引入光泵（一般使用光纤激光器或者其他激光器）并以电弧或者其他方法激励介质的电子达到激光的级别。
当电子跃迁到高能级时，会放出一束高能激光，这束激光会来回强制反射在两个反射镜之间，进而产生激光输出。
由于激光输出形态非常集中和窄，激光器产生的激光具有相干性和定向性非常强的特点，可以应用于多个领域，如测距、测量、切割、刻印等。
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激光器激励原理—固体激光器1311310黄汉青1311343张旭日辅导老师：摘要：固体激光器目前是用最广泛的激光器之一，它有着一些非常突出的优点。
介绍固体激光器的工作原理及应用，更能够加深对其的了解。
本论文先从基本原理和结构介绍固体激光器，接着介绍一些典型的固体激光器，最后介绍其在军事国防、工业技术、医疗美容等三个方面的应用及未来的发展方向。
关键词：固体激光器基本原理基本结构应用1引用世界上第一台激光器—红宝石激光器（固体激光器）于1960年7月诞生了，距今已有整整五十年了。
在这五十年时间里固体激光的发展与应用研究有了极大的飞跃，并且对人类社会产生了巨大的影响。
固体激光器从其诞生开始至今，一直是备受关注。
其输出能量大，峰值功率高，结构紧凑牢固耐用，因此在各方面都得到了广泛的用途，其价值不言而喻。
正是由于这些突出的特点，其在工业、国防、医疗、科研等方面得到了广泛的应用，给我们的现实生活带了许多便利。
未来的固体激光器将朝着以下几个方向发展：a)高功率及高能量b)超短脉冲激光c)高便携性d)低成本高质量现在，激光应用已经遍及光学、医学、原子能、天文、地理、海洋等领域，它标志着新技术革命的发展。
诚然，如果将激光发展的历史与电子学及航空发展的历史相比，你不得不意识到现在还是激光发展的早期阶段，更令人激动的美好前景将要来到。
2激光与激光器2.1激光2.1.1激光（LASER）激光的英文名——LASER，是英语词组Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation（受激辐射的光放大）的缩写[1]。
2.1.2产生激光的条件产生激光有三个必要的条件[2]：1)有提供放大作用的增益介质作为激光工作物质，其激活粒子（原子、分子或离子）有适合于产生受激辐射的能级结构；2)有外界激励源，将下能级的粒子抽运到上能级，使激光上下能级之间产生粒子数反转；3)有光学谐振腔，增长激活介质的工作长度，控制光束的传播方向，选择被放大的受激辐射光频率以提高单色性。
3固体激光器3.1工作原理和基本结构在固体激光器中，由泵浦系统辐射的光能，经过聚焦腔，使在固体工作物质中的激活粒子能够有效的吸收光能，让工作物质中形成粒子数反转，通过谐振腔，从而输出激光。
如图1所示,固体激光器的基本结构（有部分结构没有画出）。
固体激光器主要由工作物质、泵浦系统、聚光系统、光学谐振腔及冷却与滤光系统等五个部分组成[4]。
图1 固体激光器的基本结构1)工作物质工作物质——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[5]。
2)泵浦系统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。
3)聚光系统聚光腔的作用有两个[6]：一个是将泵浦源与工作物质有效的耦合；另一个是决定激光物质上泵浦光密度的分布，从而影响到输出光束的均匀性、发散度和光学畸变。
工作物质和泵浦源都安装在聚光腔内，因此聚光腔的优劣直接影响泵浦的效率及工作性能。
如下图3所示为椭圆柱聚光腔，是目前小型固体激光器最常采用的。
图3 椭圆柱聚光腔4)光学谐振腔光学谐振腔由全反射镜和部分反射镜组成，是固体激光器的重要组成部分。
光学谐振腔除了提供光学正反馈维持激光持续振荡以形成受激发射，还对振荡光束的方向和频率进行限制，以保证输出激光的高单色性和高定向性。
最简单常用的固体激光器的光学谐振腔是由相向放置的两平面镜（或球面镜）构成。
5)冷却与滤光系统冷却与滤光系统是激光器必不可少的辅助装置。
固体激光器工作时会产生比较严重的热效应，所以通常都要采取冷却措施。
主要是对激光工作物质、泵浦系统和聚光腔进行冷却，以保证激光器的正常使用及器材的保护。
冷却方法有液体冷却、气体冷却和传导冷却，但目前使用最广泛的是液体冷却方法。
要获得高单色性的激光束，滤光系统起了很大的作用。
滤光系统能够将大部分的泵浦光和其他一些干扰光过滤，使得输出的激光单色性非常好。
3.2 典型的固体激光器3.2.1 红宝石激光器（+3Cr :32O Al ）红宝石是由蓝宝石（32O Al ）中掺入少量的氧化铬（23Cr O ）而形成。
红宝石激光器的工作物质是+3Cr :32O Al ，其中，32O Al 作为基质晶体，+3Cr 是发光的激活粒子，光谱特性与+3Cr 的能级结构有关，它是三能级系统。
如下图4所示为红宝石晶体+3Cr 能级图[7]。
在室温情况下，红宝石激光器一般输出694.3nm 的红光。
红宝石激光器的有一些非常突出的优点：机械强度好，高功率密度，大尺寸晶体，亚稳态寿命长，高能量单模输出。
当然也有一些很明显的缺点：阈值高，温度效应明显。
所以只能在低温下连续与高重复率运行。
3.3 固体激光器的优缺点固体激光器主要优点：1) 输出能量大，峰值功率高。
在固体激光器中，由于中心粒子的 能级结构，能够输出大能量，并且峰值功率高。
这个是固体激光器非常突出的优点。
2) 结构紧凑耐用，价格适宜。
和其他类型的激光器相比，固 体激光器的结构非常简单并且非常耐用，同时价格相对适宜。
3) 材料种类数量多。
固体激光器的工作物质的种类非常多，到目 前为止至少有一百多种，而且大有增长的趋势。
大量高性能的材料的出现，是固体激光器的性能进一步的提高。
固体激光器的主要缺点：1)温度效益比较严重，发热量大。
正是由于输出能量大，峰值功率高，导致热效应非常明显，因此固体激光器不得不配置冷却系统，才能保证固体激光器的正常连续使用。
2)转换效率相对较低。
固体激光器的总体效率非常低，例如红宝石激光器的为0.5%~1%左右，YAG激光器的总体效率为1%~2%，在最好的情况下可接近3%。
可见固体激光器的效率提高还有很大的空间。
4固体激光器的应用固体激光器在军事、加工、医疗和科学研究领域有广泛的用途。
它常用于测距、跟踪、制导、打孔、切割和焊接、半导体材料退火、电子器件微加工、大气检测、光谱研究、外科和眼科手术、等离子体诊断、脉冲全息照相以及激光核聚变等方面。
4.1工业制造激光加工是激光系统最常用的应用。
根据激光束与材料相互作用的机理，大体可将激光加工分为激光热加工和光化学反应加工两类。
激光热加工是指利用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程，包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、激光钻孔和微加工等；光化学反应加工是指激光束照射到物体，借助高密度高能光子引发或控制光化学反应的加工过程。
包括光化学沉积、立体光刻、激光刻蚀等。
这里我们主要来看看固体激光器的加工应用。
1)激光切割技术激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中，可大大减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量。
激光切割是应用激光聚焦后产生的高功率密度能量来实现的。
与传统的板材加工方法相比，激光切割其具有高的切割质量、高的切割速度、高的柔性(可随意切割任意形状)、广泛的材料适应性等优点。
目前常采用1.06 m波长的YAG激光束。
2)激光焊接技术激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一，焊接过程属热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。
由于其独特的优点，已成功地应用于微小型零件焊接中。
与其它焊接技术比较，激光焊接的主要优点是：激光焊接速度快、深度大、变形小，能在室温或特殊的条件下进行焊接，焊接设备装置简单[16]。
5结束语固体激光器是以掺杂的玻璃、晶体或透明陶瓷等固体材料为工作物质的激光器。
从世界上第一台激光器发明至今，固体激光技术取得了很大的发展，主要表现三个方面：第一是工作物质不断改进。
最初是红宝石激光器，后来出现了钕玻璃和掺钕钇铝石榴石激光器，现在又有了掺钕镓钆石榴石激光器。
还有报道称，目前出现了以陶瓷为基质的新型激光材料。
第二是泵浦光源的改进。
最初是闪光灯，后来发展为弧光灯，现在出现了高功率激光二极管泵浦。
第三是工作物质结构的改变。
从最初的棒式结构发展成板条式，又到后来的光纤式结构。
固体激光器的发展趋势是材料和器件的多样化，包括寻求新波长和工作波长可调谐的新工作物质，提高激光器的转换效率，增大输出功率，改善光束质量，压缩脉冲宽度，提高可靠性和延长工作寿命等。
参考文献[1]蔡枢,吴铭磊.大学物理(当代物理前沿部分专题).北京:高等教育出版社,1996:28[2]陈家壁,彭润玲.激光原理与应用(第二版).北京:电子工业出版社,2008.8:27[3]单振国,干福熹.当代激光之魅力.北京:科学出版社,2000:5-10[4]陈家壁,彭润玲.激光原理与应用(第二版).北京:电子工业出版社,2008.8:102[5]克希奈尔著,孙文,江泽文,程国祥译.固体激光工程.北京:科学出版社.2002.5:76-77[6]李相因,姚敏玉,李卓,崔骥.激光原理技术及应用.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2004.10:45[7]陈家壁,彭润玲.激光原理与应用(第二版).北京:电子工业出版社,2008.8:103[8]闫毓禾,钟敏霖.高功率激光加工及其应用.天津:天津科学技术出版社,1994:134-135。