激光器基础知识
激光器的基本参数和基础知识
激光器的基本参数和基础知识激光器（Laser）是一种将谐振腔中储存的能量转变为一束具有高度相干性质的光的装置。
激光器的基本参数包括：1.波长；2.功率；3.束径；4.激光的相干性。
首先，激光器通常根据其波长进行分类。
波长是指光波在真空中一次振动所经过的距离，通常用纳米（nm）表示。
常见的激光器波长有红光（630-680nm）、绿光（532nm）和蓝光（405-473nm）等。
不同的波长适用于不同的应用领域，例如红光适用于医疗领域的血管照明和演出行业的舞台灯光，而蓝光适用于高密度光存储和显示器的背光源。
其次，激光器的功率是指光的输出强度，通常用瓦（W）表示。
激光器的功率有不同的等级，从毫瓦级到千瓦级不等。
功率越高，激光器的输出能量和功率密度也就越大，能够应用于更广泛的应用领域，如材料加工、雷达和航天等。
再次，激光器的束径是指光束的直径，通常以毫米（mm）为单位。
激光器的束径可以通过采用合适的光学系统调节，使其在不同的距离上具有不同的尺寸。
束径的大小直接影响到光束的聚焦性能和峰度，从而影响到使用激光器进行加工和操控的精度和效果。
最后，激光的相干性是指光的相位和波动性之间的关联程度。
激光器具有高度的相干性，光波的相位差非常小，波动性较小。
这使得激光器在干涉、全息、光纤通信等领域具有重要应用。
相干性的高低需要通过测量激光器的相位噪声和相干度等物理量来判断。
除了以上的基本参数，激光器还有一些基础知识。
例如激光产生的条件包括有源介质、泵浦源和正反馈条件。
有源介质是指激光器中的工作物质，它具有能够增益光子能量的特性，如固体激光器中的晶体、气体激光器中的气体等。
泵浦源是指提供能够将有源介质的粒子激发至高能级的能量的装置，如光泵浦、电泵浦和化学泵浦等。
正反馈条件是指激光器中光波在谐振腔内经过多次反射放大，并最终产生激光的条件。
此外，激光器还面临一些问题，如聚焦能力、波长稳定性和频率稳定性等。
聚焦能力是指激光器能够将光束聚焦到多细小的尺寸的能力，这可能受到衍射效应和非线性光学效应的影响。
激光入门知识讲解
激光入门知识一、激光产生原理1、普通光源的发光--受激吸收和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。
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。
辐射光子能量为hυ=E2-E1这种辐射称为自发辐射。
原子的自发辐射过程完全是一种随机过程，各发光原子的发光过程各自独立，互不关联，即所辐射的光在发射方向上是无规则的射向四面八方，另外未位相、偏振状态也各不相同。
由于激发能级有一个宽度，所以发射光的频率也不是单一的，而有一个范围。
在通常热平衡条件下，处于高能级E2上的原子数密度N2，远比处于低能级的原子数密度低，这是因为处于能级E的原子数密度N的大小时随能级E的增加而指数减小，即N∝exp(-E/kT)，这是著名的波耳兹曼分布规律。
于是在上、下两个能级上的原子数密度比为N2/N1∝exp{-(E2-E1)/kT}式中k为波耳兹曼常量，T为绝对温度。
因为E2>E1，所以N2《N1。
例如，已知氢原子基态能量为E1＝－13.6eV，第一激发态能量为E2=-3.4eV，在20℃时，kT≈0.025eV，则N2/N1∝exp（－400）≈0可见，在20℃时，全部氢原子几乎都处于基态，要使原子发光，必须外界提供能量使原子到达激发态，所以普通广义的发光是包含了受激吸收和自发辐射两个过程。
一般说来，这种光源所辐射光的能量是不强的，加上向四面八方发射，更使能量分散了。
2、受激辐射和光的放大由量子理论知识知道，一个能级对应电子的一个能量状态。
电子能量由主量子数n(n=1,2,…）决定。
但是实际描写原子中电子运动状态，除能量外，还有轨道角动量L和自旋角动量s，它们都是量子化的，由相应的量子数来描述。
激光器的基本参数和基础知识
激光器的基本参数和基础知识激光器是一种产生和放大一束高度聚焦的光束的装置，它利用特殊的光学放大器将输入的光线转化为一束具有高度相干性和高度单色性的激光光束。
以下是激光器的一些基本参数和基础知识：1. 激光器的波长（Wavelength）：激光器产生的激光光束的波长是决定其光学特性的重要参数。
不同波长的激光器在光的传播、吸收和散射方面有着不同的特性。
2. 输出功率（Output Power）：激光器的输出功率是指激光器在单位时间内向外辐射的光能量。
输出功率的大小可以影响到激光器在实际应用中的效果和使用范围。
3. 光束质量（Beam Quality）：光束质量是激光器输出光束的空间属性的度量，它决定了光束的聚焦能力和光学深度。
光束质量越高，光束越接近理想光束，具有更好的聚焦和穿透能力。
4. 脉冲宽度（Pulse Width）：对于脉冲激光器而言，脉冲宽度是指激光脉冲的持续时间。
脉冲宽度的长短对于一些应用领域，如精密切割、医疗器械等，有着重要的影响。
5. 光学阻尼器（Optical Attenuator）：光学阻尼器是用于调节和控制激光光束强度的光学装置，通过调整光损耗或反射来控制光强。
6. 光束扩散角（Divergence Angle）：光束扩散角是指光束的发散性，即光束离开激光器时的束腰大小和形状。
光束扩散角可以描述激光器在空间中的传播特性。
7. 频率稳定性（Frequency Stability）：激光器的频率稳定性是指激光器的输出频率在一定时间范围内的稳定性。
频率稳定性越高，激光器的输出频率在长时间应用中的波动越小。
8. 工作温度范围（Operating Temperature Range）：激光器的工作温度范围是指激光器可以正常工作的温度范围。
对于一些特殊环境下的应用，工作温度范围的宽窄对激光器的使用有着重要的影响。
1.激光的产生原理：激光器内部通过激发材料（例如气体、固体或半导体）来产生激光。
激光器的基本参数和基础知识
激光器的基本参数和基础知识激光器是一种重要的光源，在生产、科研、医疗等领域中得到广泛应用。
不同领域所使用的激光器参数不同，因此了解激光器的参数是选择合适激光产品的关键。
本文将介绍常规激光器的参数定义，并简要说明，以帮助读者选择适合的激光产品。
一、输出功率（激光功率）激光器发出的光是光能形成的，与电能类似，光能也是一种能源。
激光器的输出功率是单位时间内输出激光能量的物理量，通常用毫瓦（mW）、瓦（W）或千瓦（kW）表示。
二、功率稳定性功率稳定性是指激光输出功率在一定时间内的不稳定度，通常分为RMS稳定性和峰峰值稳定性。
RMS稳定性是指测试时间内所有采样功率值的均方根与功率平均值的比值，用来描述输出功率偏离功率平均值的分散程度。
峰峰值稳定性是指输出功率的最大值和最小值之差与功率平均值的百分比，表示一定时间内输出功率的变化范围。
三、光束质量因子（M²因子）；光束参数积（BPP）光束质量因子是激光束腰半径和光束远场发散角的乘积与理想基模光束束腰半径和基模发散角乘积的比值，即M²=θw/θ理想w理想光束质量影响激光的聚焦效果和远场光斑分布情况，是用来表征激光光束质量的参数。
实际激光光束质量因子越接近1，说明光束质量越接近理想光束，光束质量越好。
光束整形器一般要求高质量的激光，M²需要小于1.5.光束参数积是激光束的远场发散角与光束最窄点半径的乘积，即BPP=θw。
它可以量化激光束的质量以及将激光束聚焦到小点的程度。
光束参数积即BPP值越低，光束的质量越好。
M²值是BPP值的归一化值，针对具有特定波长的衍射极限光束进行归一化，即M²=BPP/BPP，其中BPP是特定波长的衍射极限光束的值，且BPP=λ/π。
四、光斑（横模）横模是指垂直于激光传播方向上某一横截面上的稳定场的分布，激光器的光斑表征就是横模分布。
通过光斑分析仪或激光轮廓分析仪可以将横模分布模拟出来，得到激光器的一些光束特征。
激光器知识讲解
激光器基本知识激光的意思是光受激发射，激光器的意思就易理解了吧！类似于放大镜聚焦火柴，不过激光能量大，可连续和脉冲，分类激光器的种类就越来越多。
按工作物质的性质分类，大体可以分为气体激光器、固体激光器、液体激光器；按工作方式区分，又可分为连续型和脉冲型等。
其中每一类激光器又包含了许多不同类型的激光器。
按激光器的能量输出又可以分为大功率激光器和小功率激光器。
大功率激光器的输出功率可达到兆瓦量级，而小功率激光器的输出功率仅有几个毫瓦。
如前所述的He-Ne激光器属于小功率、连续型、原子气体激光器。
红宝石激光器属于大功率脉冲型固体材料激光器。
自由电子激光器，其工作介质是在周期性磁场中运动的高速电子束，激光波长可覆盖从微波到X射线的广阔波段。
按工作方式分，有连续式、脉冲式、调Q和超短脉冲式等几类。
大功率激光器通常都是脉冲式输出。
各种不同种类的激光器所发射的激光波长已达数千种，最长的波长为微波波段的0.7毫米，最短波长为远紫外区的210埃，X射线波段的激光器也正在研究中。
除自由电子激光器外，各种激光器的基本工作原理均相同，产生激光的必不可少的条件是粒子数反转和增益大过损耗，所以装置中必不可少的组成部分有激励（或抽运）源、具有亚稳态能级的工作介质两个部分。
激励是工作介质吸收外来能量后激发到激发态，为实现并维持粒子数反转创造条件。
激励方式有光学激励、电激励、化学激励和核能激励等。
工作介质具有亚稳能级是使受激辐射占主导地位，从而实现光放大。
激光器中常见的组成部分还有谐振腔，但谐振腔（见光学谐振腔）并非必不可少的组成部分，谐振腔可使腔内的光子有一致的频率、相位和运行方向，从而使激光具有良好的方向性和相干性。
而且，它可以很好地缩短工作物质的长度，还能通过改变谐振腔长度来调节所产生激光的模式（即选模），所以一般激光器都具有谐振腔。
激光器工作原理激光器广泛用于各种产品和技术，其种类之多令人惊叹。
从CD播放机、牙钻、高速金属切割机到测量系统，似乎所有东西都有激光器的影子，它们都需要用到激光器。
激光知识点总结
激光知识点总结一、激光的工作原理激光是由激光管或半导体激光器等激光器件产生的一种特殊的光，其产生过程涉及到激发、放大和辐射三个过程。
激发过程是激光器内部能级的粒子被外部能量激发，处于高能级，即被激发态。
放大过程是被激发态的粒子受到反射膜的作用，在激光谐振腔内不断来回运动，使得光子通过受激辐射不断放大，形成激光能量。
辐射过程是形成激光光束的过程，激光能量通过谐振腔的光学放大产生足够的光强，经过半透过膜射出。
二、激光的分类根据激光器产生的机理、工作波长和应用领域不同，激光可以分为不同的类型。
常见的激光器包括气体激光器、固体激光器、半导体激光器等。
气体激光器主要包括CO2激光器、氩离子激光器等，工作波长主要在10.6微米和0.5微米左右。
固体激光器主要包括Nd:YAG激光器、Nd:YVO4激光器等，工作波长主要在1微米左右。
半导体激光器主要包括GaAs激光器、InGaN激光器等，工作波长主要在可见光和红外光区域。
三、激光的应用激光在各个领域都有着广泛的应用，包括医学、通信、材料加工等。
在医学领域，激光可以用于手术、治疗、检测等，例如激光近视手术、激光溶脂手术等。
在通信领域，激光可以用于光纤通信、激光雷达等，实现了信息的高速传输和大容量存储。
在材料加工领域，激光可以用于切割、焊接、打标等，高精度、高效率、非接触等优点，深受制造业的青睐。
四、激光的安全问题激光的应用虽然带来了很多便利，但同时也伴随着一些安全问题。
激光具有高能量密度、强聚焦性和直线传播性，如果被不当使用，可能会导致眼睛、皮肤等组织的损伤。
因此，在激光使用过程中，需要采取一系列的安全措施，包括佩戴防护眼镜、设置相应的警示标识、限制激光输出功率等，确保激光的安全使用。
总之，激光作为一种重要的光学技术，在科研和工程实践中有着广泛的应用，具有很高的经济和社会效益。
通过深入理解其工作原理、分类和应用等，可以更好地把握激光的特点和优势，更好地应用于实际工作中。
激光器基本结构
激光器基本结构一、激光器的基本原理激光器是一种能够产生高强度、高单色性的光束的装置。
它的核心部分是一个能够产生受激辐射的介质，通常采用激光介质，如Nd:YAG晶体或CO2气体等。
当这个介质被能量激发时，它会放出一束相干的光束。
二、激光器的基本结构1. 激发源：用于提供能量以激发介质产生受激辐射。
通常采用电子束、闪光灯和半导体等。
2. 激光介质：用于产生受激辐射的物质，通常采用固态、液态或气态介质。
3. 光学谐振腔：由两个反射镜组成，其中一个为半透明镜。
它们将产生的光束反复反射在内部形成一条相干且强度增强的光线。
4. 准直系统：用于控制输出光束方向和形状，通常由透镜和棱镜组成。
5. 输出窗口：将准直后的光线引出谐振腔，输出到外界。
三、激光器的工作原理1. 激发介质：激光器的激发源提供能量，使介质中的原子或分子进入高能态。
2. 受激辐射：当介质中的原子或分子处于高能态时，它们会受到外界光线的刺激，并发生受激辐射，产生相干光束。
3. 谐振腔：产生的相干光束在谐振腔内反复反射，形成一条强度增强、相干性好的光线。
4. 输出：准直系统控制输出光线方向和形状，通过输出窗口将光线引出谐振腔。
四、常见的激光器类型1. 固态激光器：采用固体介质，如Nd:YAG晶体等。
2. 气体激光器：采用气体介质，如CO2气体等。
3. 半导体激光器：采用半导体材料作为介质。
4. 其他类型：还包括自由电子激光器、化学气相激光器等。
五、应用领域1. 制造业：激光器在制造业中广泛应用，如激光切割、激光打标等。
2. 医疗领域：激光器在医疗领域中常用于手术、皮肤美容等。
3. 通信领域：激光器在通信领域中被用于传输信息。
4. 科学研究：激光器在科学研究中也有广泛的应用，如原子物理实验等。
六、发展趋势1. 激光器技术将继续发展，产生更高功率和更高质量的激光束。
2. 激光器应用领域将不断扩大，特别是在智能制造和高精度加工等方面。
3. 激光器将成为未来通信、医疗和科学实验的重要工具。
激光知识点归纳总结
激光知识点归纳总结一、激光的基本概念1. 激光的定义：激光是指一种纯准直性极好的光线，其光子是高度同步的单色光子。
2. 激光的产生：激光是由受激发射产生的，利用三能级或四能级的原子，分子或离子系统，通过外加能量使体系转移到激发态，再利用其辐射产生激光光子。
3. 激光的特性：激光具有单色性、准直性、明暗对比度高、相干性强等特点。
4. 激光的种类：激光可以分为气体激光器、固体激光器、液体激光器和半导体激光器等。
二、激光的基本原理1. 激光的受激辐射：当原子、分子或离子处于激发态时，通过外界刺激的辐射能引起它们从激发态向稳态跃迁，再发出与外界激发辐射相同特性的电磁波，即受激辐射。
2. 激光的稳态条件：产生激光需要满足稳态条件，即发射和吸收的粒子数要平衡，从而实现能量的持续放大和稳定输出。
3. 激光的放大作用：在激光器内，通过激发态原子、分子或离子吸收外界光子能量，使它们跃迁到更高激发态，从而放大光子，产生激光。
4. 激光的光学谐振腔：激光器内部常常设置光学谐振腔，用来反射和增强激光，从而实现激光的输出。
三、激光的应用领域1. 激光测距与测速：激光雷达通过测量反射光的飞行时间来实现测距，同时通过多普勒效应测速。
2. 激光材料加工：激光可用于金属切割、焊接、打孔等材料加工过程。
3. 激光医学应用：激光可用于眼科手术、皮肤治疗、激光治疗仪等医疗设备。
4. 激光通讯：激光可以传输更大带宽、更高速率的信息，用于通讯领域。
5. 激光导航：激光雷达可用于无人飞行器、自动驾驶汽车等导航系统。
6. 激光防御：激光武器可用于导弹防御、激光束武器等领域。
四、激光器的分类1. 气体激光器：以气体为工作物质的激光器，常见的包括二氧化碳激光器、氦氖激光器等。
2. 固体激光器：以固体为工作物质的激光器，常见的包括Nd:YAG激光器、激光二极管等。
3. 半导体激光器：以半导体为工作物质的激光器，可用于激光打印机、光纤通信等领域。
4. 液体激光器：以液体为工作物质的激光器，常见的包括染料激光器等。
激光基础知识
激光基础知识激光基础知识1．目的了解激光的发展简史，清楚激光的产生原理及特性，熟知激光的危害等级及激光发振器的结构2．激光的产生及发展史2．1世界上第一台激光器是由美国科学家梅曼（T.H.Maiman）于1960年研究成功的，这台红宝石激光器作为发光物质（棒两头镀上银膜形成反射镜面），棒外面套上一支螺旋状的氪气灯，为了充分利用氪灯光，梅曼又在螺旋灯外套上一个反射率很高的圆柱，以便使更多的氪灯光照在红宝石上。
其实，早在1916年爱因斯坦就曾发表过一篇论文，提出了一种现在叫光学感应吸收和光学感应发射的观点（又叫受激吸收和发射），这一观点后来竟成为激光器的主要理论基础，1952年，美国马里阑大学的韦伯开始运用上述概念去放大电磁波，但工作没能往前发展，只有激光的发明人汤期（C.TOWES）向韦伯索要了论文，继续这一工作，才打开了一个新的领域。
汤斯的最初设想：由四个反射镜围成一只玻璃盒，盒内充以铊，盒外放一个铊灯，用这一装置可产生激光，汤斯的合作者肖洛（A.schawlow）擅长于光譜学，对原子光譜及两平行反射镜的光学特性十分熟悉，便对汤斯的设想提出两条修改意见，一是他证明铊原子不可能产生光放大，建议改用钾（其实钾也不易产生激光），二是建议只用两面反射镜便可形成光的振荡器，不必沿用微波放大器的封闭盒子作为谐振器。
直到现在，汤斯和肖洛研制出来的，但是他们提出的基本概念和构想却被公认是对激光领域划时代的贡献。
2．2激光的产生原理由原子结构可知，电子绕核高速旋转，各自有不同轨迹道，这些轨迹道称为能级电子，处于不同的能级。
原子系统的能量不同，由于粒子有趋于低能级的特性，平衡状态时，低能级粒子吸收能量，跃迁到高能级上，（分布规律符合玻而兹曼公式）。
如果提供一个能源，使低能级粒子吸收能量，跃迁到高能级上，使高能级粒子数多于低能级粒子数，这就是所谓的“粒子聚集数反转”，高能级粒子有向低能级自发跃迁的趋势，一个电子自发跃迁时，一个能级差放出一个光子，称自发辐射，自发辐射放出光子的频率的跃迁的能差成正比，符合普朗克公式hr=E1-E2，式中H=6.626x10^-34(J.S)为普朗克常数；r为光子频率；E2，E1分别为高能级和低能级能量，此光子又激发E2能级的粒子，使E2能级的粒子受激放出频率，相位，方向完全一致的光子即受激发射，此时E2能级一个粒子，产生了二个完全相同的光子，这两个光子再出激发E2能级的粒子，就产生了四个相同光子，这种雪崩式的反应，使入射光得到放大，使光强迅速增强，如果在粒子受激辐射系统的两端设置二块相互平行的反射镜，构成光学谐振腔，那么平行于谐振腔轴线的光，在二个反射镜之间振荡放大，越来越强，直到E2能级的粒子都受激跃迁到E1能级时，“粒子聚集反转”现象消失，随时逸出谐振腔外而消失，最后得到的光束方向一致，亮度最高的单色光即激光（LASER-Light，Amplification bysimulated emission of radiation）。
激光器基础知识
激光器基础知识
嘿，朋友们！今天咱来聊聊激光器这玩意儿。
你说激光器像啥？就好比一把超级厉害的光剑！它能发出超强的光束，亮瞎你的眼！
激光器这东西可神奇了，它的原理其实不难理解。
就好像是一群小粒子在那拼命地跑啊跑，然后突然就发出了一束光。
你想想，这多有意思！
咱平常生活里也能看到激光器的影子呢！比如说在演唱会上，那五颜六色的激光束在舞台上晃来晃去，是不是特别酷炫？还有啊，在一些科学实验里，激光器也是大功臣呢！
你知道吗，激光器的种类那可多了去了。
有气体激光器，就像个脾气怪怪的家伙，发出的光各有特点；还有固体激光器，像个稳稳当当的大力士，能量可足啦！还有半导体激光器，就像个小巧灵活的小精灵，用处可多了。
激光器的应用那真是广泛得很呐！医生可以用它来做手术，精准得很呢，就好像拿着一把光做的手术刀，厉害吧？在通信领域，它能让信息像坐了火箭一样快速传输，你说牛不牛？还有在工业上，切割啊、焊接啊，都离不开它。
咱再说说激光器的优点。
它的方向性可好啦，就像射箭一样，直直地射向目标。
能量也集中，就那么一小束光，却有着大大的能量。
而且它还能快速开关，说亮就亮，说灭就灭，这多牛啊！
不过，激光器也不是完美的啦，它也有一些小缺点。
比如说它得小心使用，不然不小心照到眼睛可就麻烦啦！但这也不能掩盖它的光芒呀！
总之，激光器这东西可真是个宝贝！它就像我们生活中的一个魔法棒，能变出各种神奇的事情来。
我们可得好好利用它，让它为我们的生活带来更多的便利和惊喜呀！你说是不是？以后再看到那一束束神奇的光，可别只是惊叹啦，要想想这背后的激光器原理和它的大用处哦！。
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。
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。
1-4 激光的基本知识
非辐射跃迁：指不发射光 子的跃迁，它是通过释放 其它形式的能量如热能而 完成的。 （a）图中：E1为基态，作为激光下能级；E3能级的寿命 很短，激活粒子很快地经非辐射跃迁方式到达E2能级；E2 能级寿命比起E1来要长得多，称为亚稳态，并作为激光上 能级。 只要抽运速率达到一定程度，就可以实现E2与E1两个 能级之间的粒子数反转，为受激辐射创造条件。例如固体 激光器中的红宝石激光器激活粒子——铬离子就属于这类 能级系统。
1-4 激光的基本知识
1917年爱因斯坦就预言 了受激辐射的存在，但在一 般人平衡情况下，物质的受 激辐射总是被受激吸收所掩 盖，未能在实验中观察到。 直到1960年，第一台红宝石 激光器才面世它标志了激光 技术的诞生。 从此激光技术的发展十分 迅速，现已在几百种工作物 质中实现了光放大或制成了 激光器。
因此可见，形成粒子数反转是产生激光或激光放大的 必要条件，为了形成粒子数反转，须要对发光物质输入能 量，我们称之一过程为激励、抽运或者泵浦。 二、激光器构造 激光工作物质 泵浦源 光学谐振腔
（一）激光工作物质
激活粒子：为了形成稳定的激光，首先必须要有能够形成
粒子数反转的发光粒子。激活粒子可以是分子、原子或离
（二）四能级系统 下图E4能级寿命很短，抽运的激活粒子 立即通过非辐射跃迁的方式到达E3能级；E3能级的寿命 比E4长为亚稳态，作激光的上能级；E2能级寿命很短，热 平衡是基本上是空的，作为激光下能级用，E2能级上的 粒子主要也是通过非辐射跃迁回到基态。 这种能级系统也很容易实现粒子数反转。例如固体激 光器中的钕玻璃激光器以及掺钕钇铝石榴石激光器（YAG） 中的激活粒子——钕粒子便属于这类能级系统。
（b）图：E1是基态，但它不作为激光下能级，而是以E3 和E2分别作为激光上能级和下能级。 在这种三能级系统里，E3的寿命要比E2要长，E2能级 在热平衡条件下基本上是空的。因此，只要抽运一些粒子 到达E3能级，就很容易实现粒子数反转，经受激辐射后到 达E2的粒子可迅速通过非受激辐射跃迁回到基态E1。例如 气体激光器中的氩离子激光器的激活粒子——氩离子就属 于此类能级系统。
激光器培训教程-1
激光器培训教程-1激光器是当今世界上最重要的科技发明之一，在许多领域发挥着至关重要的作用。
而对于需要使用激光器的工程师和科研人员来说，掌握相关知识和技能是必不可少的。
因此，各大企业和机构都在为激光器的培训和教育做出了很大的努力，例如，提供了许多激光器培训教程。
本篇文档将着重介绍激光器培训教程一级中的主要内容，如激光器基础知识、激光器种类、激光输出特性、激光系统组成和应用等。
相信这些知识对于想要了解激光器的人士一定会有很大的帮助。
一、激光器基础知识激光器是如何产生激光的呢？首先需要了解光的物理性质，特别是能量和波长。
只有当光的能量高到一定程度时，才能够被激励而产生激光。
另外，激光器的工作原理也包括大量的物理学知识，例如激光介质的方程、等离子体效应等。
通过学习这些基础知识，可以深入理解激光器的工作原理和优缺点，为后续的实际应用做好准备。
二、激光器种类激光器种类非常多，这里主要介绍几种常见的激光器。
（1）气体激光器气体激光器使用气体作为激发介质，最常见的气体激光器有CO2激光器、氩氖激光器、氦氖激光器等。
CO2激光器是应用最广泛的激光器之一，主要用于激光切割、激光打标、激光钻孔、激光焊接等领域。
（2）固体激光器固体激光器使用一个固体材料作为激发介质，最常见的固体激光器是Nd:YAG激光器，它可以较高功率地输出激光，适用于激光切割、激光打标、激光雕刻等领域。
（3）半导体激光器半导体激光器通常使用半导体材料作为激发介质，它具有小尺寸、高效率、长寿命等优点，用于通信、光存储、光耦合、光纤传感器等领域。
三、激光输出特性激光器的输出特性是指激光器输出光束的强度、方向、极化、频率等方面特征。
在进行激光器应用时，需要对其输出特性进行严格的控制和调节。
例如，对于激光切割，需要高能量密度和合适的光束大小；对于激光打标，需要高精度控制和稳定的频率等。
四、激光系统组成激光系统通常由激发源、反射器、放大器、光学器件、控制模块等组成。
激光器基本参数
激光器基本参数概述激光器是一种产生和放大激光光束的装置。
它是由激活介质、能量泵浦源和光学谐振腔构成的。
激光器的基本参数是指对其性能进行评估和描述的一组关键指标。
本文将介绍激光器的基本参数及其意义。
参数一：波长（Wavelength）激光器的波长是指激光输出的电磁波在真空中传播一个周期所需要的时间，通常以纳米（nm）为单位表示。
不同波长的激光具有不同的特性和应用领域。
例如，可见光范围内的激光器常用于显示技术、医学和通信领域。
参数二：功率（Power）功率是衡量激光器输出能量大小的参数，通常以瓦（W）为单位表示。
功率决定了激光器在特定应用中的作用效果和覆盖范围。
高功率激光器广泛应用于材料加工、切割、焊接等领域，而低功率激光器则常用于医疗美容、激光打印等应用。
参数三：脉冲宽度（Pulse Width）脉冲宽度是指激光器输出的脉冲持续时间，通常以纳秒（ns）为单位表示。
脉冲宽度对于某些特定应用非常重要，比如激光雷达、材料加工中的精细切割等。
较短的脉冲宽度可以提供更高的精确性和分辨率。
参数四：重复频率（Repetition Rate）重复频率是指激光器单位时间内发射脉冲的次数，通常以赫兹（Hz）为单位表示。
不同应用对于重复频率有不同要求。
例如，医学领域中的眼科手术需要高重复频率来确保稳定和连续的能量输送。
参数五：束径（Beam Diameter）束径是指激光器输出光束在传播过程中截面直径的大小，通常以毫米（mm）为单位表示。
束径直接影响到激光器在目标上聚焦后的焦斑大小和能量密度。
小束径可以实现更高的聚焦能力和更高的功率密度。
参数六：发散角（Divergence Angle）发散角是指激光器输出光束扩散的角度，通常以毫弧度（mrad）为单位表示。
发散角决定了激光束在传播过程中的扩散程度，对于一些需要长距离传输的应用非常重要。
参数七：稳定性（Stability）稳定性是指激光器输出功率和波长随时间和环境变化的程度。
激光器培训教程-1
激光器培训教程-1在当今科技飞速发展的时代，激光器作为一种重要的工具，在众多领域都发挥着关键作用，从工业制造到医疗美容，从通信技术到科学研究。
因此，掌握激光器的相关知识和操作技能变得越来越重要。
接下来，让我们一起深入了解激光器。
一、激光器的基本原理激光器的核心原理是受激辐射。
简单来说，就是在特定的物质中，通过外部能量的激发，使得原子或分子处于高能态。
当这些处于高能态的粒子回到低能态时，就会释放出光子。
而这些光子具有相同的频率、相位和方向，形成了高度相干的激光束。
要实现受激辐射，需要满足三个条件：首先是要有能够实现粒子数反转的工作物质，即处于高能态的粒子数多于低能态的粒子数；其次是要有一个激励源，为工作物质提供能量，激发粒子到高能态；最后是要有光学谐振腔，用来增强和筛选特定频率和方向的光，提高激光的相干性和亮度。
二、激光器的分类根据工作物质的不同，激光器可以分为气体激光器、固体激光器、液体激光器和半导体激光器等。
气体激光器常见的有氦氖激光器、二氧化碳激光器等。
氦氖激光器输出的激光波长为 6328 纳米，常用于准直、测量和光学实验等领域。
二氧化碳激光器则输出波长在106 微米左右的红外激光，在工业切割、焊接等方面应用广泛。
固体激光器的工作物质通常是晶体或玻璃，如红宝石激光器、Nd:YAG 激光器等。
固体激光器具有较高的功率和较好的光束质量，在激光打标、打孔等加工领域表现出色。
液体激光器主要有染料激光器，其波长可以在一定范围内调节，适用于光谱学研究和生物医学等领域。
半导体激光器体积小、效率高、寿命长，常见于激光通信、激光打印和激光照明等领域。
三、激光器的主要性能参数了解激光器的性能参数对于正确选择和使用激光器至关重要。
1、输出功率：这是激光器输出激光的能量大小，单位通常为瓦特（W）。
功率的大小决定了激光器能够完成的任务，如高功率的激光器可用于切割和焊接，低功率的则适用于通信和指示。
2、波长：不同的波长适用于不同的应用场景。
半导体激光器基础知识及工艺介绍
载流子跃迁 载流子复合产生光子
二 半导体芯片相关工艺
1、材料生长工艺
❖ 液相外延(Liquid-Phase Epitaxy, LPE)
❖ 分子束外延(Molecular Beam Epitaxy, MBE)
❖ 金属有机化学气相淀积(Metallorganic Chemical Vapour Deposition, MOCVD)
2.2、导体 绝缘体 半导体导电理论
原子核模型
核外电 子
原子 核
单一原子能级分 布图（氢原子）
原子排列在一起，电子受到其他原子核或电子影响会产生电子共有化 运动。
电子共有化运动
单一的原子量子化能级经过简并，形成能带，能带中电子数较少能 带叫导带，在外场作用下导带中的电子可以定向移动；能带中电子 数饱和的能带叫价带，价带中电子在外电场作用下不能够定向移动。 导带和价带之间是禁带。
按结构划分：F-P腔（法布里-铂罗）、DBR和DFB（分布反馈）
按功率划分：小功率激光器（1-10mW）、大功率激光器（1-10W、上 百瓦、千瓦甚至万瓦）
现通信使用的小功率半导体激光器芯片一般是由Ⅲ-Ⅴ族材料激光器InGaAsP、 AlGaInAs材料组成，常用波长有1310nm、1490nm、1550nm等，按结构划分 有RWG F-P、RWG DFB、BH F-P、BH DFB等
5、刻蚀工艺
刻蚀就是用化学的、物理的或同时使用化学和物理的方法，有选择地 把没有被抗蚀剂掩蔽的那一部分材料除去，从而在材料得到和抗蚀剂 膜上完全一致的图形。
刻蚀可分为湿法刻蚀和干法刻蚀。湿法刻蚀：在液态环境中进行刻蚀 的工艺，比如用含有氢氟酸的溶液刻蚀二氧化硅薄膜，用盐酸和磷酸 的混合液腐蚀InP等，其优点是操作简便、对设备要求低、易于实现 大批量生产，并且刻蚀的选择性也好，但是湿法刻蚀化学反应的各向 异性较差，横向钻蚀比较严重，并且抗蚀剂在溶液中，特别在较高温 度的溶液中易受破坏而使掩蔽失效。显然对于刻蚀方法要求具有较高 的各向异性特性才能保证图形的精度时，湿法刻蚀不能满足这一要求， 这就要用到干法刻蚀。
激光基础学习知识原理考试基本概念
第一章1、激光与普通光源相比有三个主要特点：方向性好，相干性好，亮度高。
2、激光主要是光的受激辐射，普通光源主要光的自发辐射。
3、光的一个基本性质就是具有波粒二象性。
光波是一种电磁波，是一种横波。
4、常用电磁波在可见光或接近可见光的范围，波长为0.3~30μm,其相应频率为10^15~10^13。
5、具有单一频率的平面波叫作单色平面波，如果频率宽度Δν<<v 时，这种波叫作准单色波。
6、原子处于最低的能级状态称为基态，能量高于基态的其他能级状态叫作激发态。
7、两个或两个以上的不同运动状态的电子可以具有相同的能级，这样的能级叫作简并能级。
8、同一能级所对应的不同电子运动状态的数目，叫作简并度，用字母g表示。
9、辐射跃迁选择定则（本质：状态一定要改变），原子辐射或吸收光子，不是在任意两能级之间跃迁，能级之间必须满足下述选择定则：a、跃迁必须改变奇偶态；b、ΔJ=0，±1（J=0→J=0除外）；对于采用LS耦合的原子还必须满足下列选择定则：c、ΔL=0，±1（L=0→L=0除外）；d、ΔS=0，即跃迁时S不能发生改变。
10、大量原子所组成的系统在热平衡状态下，原子数按能级分布服从玻耳兹曼定律。
11、处于高能态的粒子数总是小于处在低能态的粒子数，这是热平衡情况的一般规律。
12、因发射或吸收光子从而使原子造成能级间跃迁的现象叫作辐射跃迁，必须满足辐射跃迁选择定则。
13、光与物质的相互作用有三种不同的基本过程：自发辐射，受激辐射，和受激吸收。
14、普通光源中自发辐射起主要作用，激光工作过程中受激辐射起主要作用。
15、与外界无关的、自发进行的辐射称为自发辐射。
自发辐射的光是非相干光。
16、能级平均寿命等于自发跃迁几率的倒数。
17、受激辐射的特点是：a、只有外来光子的能量hv=E2-E1时，才能引起受激辐射。
b、受激辐射所发出的的光子与外来光子的特性完全相同（频率相同，相位相同，偏振方向相同，传播方向相同）。
激光基础知识
激光基础知识目录一、激光概述 (2)1.1 激光的定义 (3)1.2 激光的产生原理 (4)1.3 激光的特点与应用 (4)二、激光器的工作原理与结构 (5)2.1 激光器的基本构成 (6)2.2 激光器的类型 (7)2.2.1 固体激光器 (9)2.2.2 液体激光器 (10)2.2.3 气体激光器 (11)2.3 激光器的输出特性 (13)三、激光的发射与调控 (14)3.1 激光的发射过程 (15)3.2.1 脉宽调制 (17)3.2.2 频率调制 (18)3.2.3 相位调制 (19)四、激光的传输与耦合 (20)4.1 激光的传输介质 (21)4.2 激光的耦合方式 (22)4.3 激光的聚焦与散射 (23)五、激光的检测与测量 (24)5.1 激光的检测方法 (25)5.2 激光的测量技术 (27)5.2.1 功率测量 (29)5.2.2 频率测量 (30)5.2.3 相位测量 (31)六、激光的安全与防护 (32)6.2 激光的防护措施 (35)6.3 激光的正确使用与废弃处理 (36)七、激光新技术与发展趋势 (37)7.1 新型激光技术 (38)7.2 激光技术的应用领域 (40)7.3 激光技术的发展趋势 (41)一、激光概述激光（Laser）是一种受控能量释放过程，通过特定物质在受激发射过程中发射出高度集中、单一波长的光子束。
它是一种非传统光源，具有许多独特的特点和优势。
激光的原理起源于20世纪初，当时科学家们发现某些物质的电子在受到特定频率的光照射后，会吸收能量并跃迁到更高的能级。
当这些电子从高能级回落到低能级时，会以光的形式释放出能量。
这种跃迁过程使得特定波长的光被有效地放大和发射，从而产生了激光。
单色性：激光发射出的光子具有高度集中的单一波长，这使得激光在光谱分析、医疗、通信等领域具有广泛的应用价值。
直线性：激光的光束传播方向高度集中，几乎可以沿直线传播，这使得激光在切割、焊接等加工领域具有很高的精度。
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——刘天宇
目录
1 2 3 4
激光简介 激光器发展历程 半导体激光器简介
光纤激光器简介
2
1 激光简介
E3 E2 hv
E1
光子吸收示意图
E3 E2 E1
hv
E3 E2 E1
hv
hv hv
自发辐射示意图
受激辐射示意图
受激辐射Albert Einstein
光放大——激光
3
激光特性——相干性
10
半导体激光器封装
优点：高转换效率、小体积、寿 命长、输出波长范围广、易调制 缺点：发散角大，光束质量差， 温飘大
11
半导体激光器光束整形
FAC
FAC
12
HS 手具LD准直模拟
13
HS 手具LD准直模拟
14
4 光纤激光器——双包层光纤
15
光纤激光器原理图
16
光纤激光器实物图
17
4
激光特性——高方向性
5
激光特性——高亮度
6
激光特性——单色性
7
2 激光器的由来
激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ，LASER）一词是受 激辐射光放大。
1960年，美国物理学家梅曼（Maiman）在实验室中做成了第一台红宝石 (Al2O3:Cr)激光器。 我国于1961年研制出第一台激光器 （长春光机所，长春光机学院） 从此以后，激光技术得到了迅速发 展，引起了科学技术领域的巨大变 化。
Thank you！
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Maiman （梅曼） Charles H. Townes （汤森) Arthur L. Schawlow （肖洛夫）
8
不同类型激光器对比
9
3 半导体激光器发展历程
Βιβλιοθήκη 1962年，美国，同质结GaAs半导体激光器，液氮温度（-196℃）下脉冲工作。 1967年，液相外延的方法制成单异质结激光器，实现了在室温下脉冲工作。 1970年，美国的贝尔实验室制成了双异质结半导体激光器,实现了室温连续工作。 70年代以后。量子阱技术、MBE、MOCVD新型外延技术---量子阱激光器（阈值 电流密度低、电光转换效率高、输出功率大）。应变量子阱，生长非晶格匹配 的外延材料，拓宽了激光器波长范围。 1965年 中国 北中科院北京半导体所。