常用气体激光器讲解
简述气体激光器讲解
简述气体激光器这是一类以气体为工作物质的激光器。
此地方说的气体能够是纯气体，也能够是混淆气体；能够是原子气体，也能够是分子气体；还能够是离子气体、金属蒸气等。
多半采纳高压放电方式泵浦。
最常有的有氦 - 氖激光器、氩离子激光器、二氧化碳激光器、氦 - 镉激光器和铜蒸气激光器等。
氦 - 氖激光器是最早出现也是最为常有的气体激光器之一。
它于 1961 年由在美国贝尔实验室从事研究工作的伊朗籍学者佳万 (Javan) 博士及其同事们发明，工作物质为氦、这是一类以气体为工作物质的激光器。
此地方说的气体能够是纯气体，也能够是混淆气体；能够是原子气体，也能够是分子气体；还能够是离子气体、金属蒸气等。
多半采纳高压放电方式泵浦。
最常有的有氦- 氖激光器、氩离子激光器、二氧化碳激光器、氦 - 镉激光器和铜蒸气激光器等。
氦- 氖激光器是最早出现也是最为常有的气体激光器之一。
它于1961 年由在美国贝尔实验室从事研究工作的伊朗籍学者佳万 (Javan) 博士及其同事们发明，工作物质为氦、氖两种气体按必定比率的混淆物。
依据工作条件的不一样，能够输出 5 种不一样波长的激光，而最常用的则是波长为632.8 纳米的红光。
输出功率在0.5 ～100 毫瓦之间，拥有特别好的光束质量。
氦 - 氖激光器是目前应用最为宽泛的激光器之一，可用于外科医疗、激光美容、建筑丈量、准直指示、照排印刷、激光陀螺等。
许多中学的实验室也在用它做演示实验。
比氦 - 氖激光器晚 3 年由帕特尔 (Patel)发明的二氧化碳激光器是一种能量变换效率较高和输出最强的气体激光器。
目前准连续输出已有 400 千瓦的报道，微秒级脉冲的能量则达到 10 千焦，经适合聚焦，能够产生 1013 瓦／米 2 的功率密度。
这些特征使二氧化碳激光器在众多领域获得宽泛应用。
工业上用于多种资料的加工，包含打孔、切割、焊接、退火、熔合、改性、涂覆等；医学上用于各样外科手术；军事上用于激光测距、激光雷达，以致定向能武器。
常用气体激光器讲解课件
01
气体激光器简介
定义与工作原理
定义
气体激光器是一种利用气体作为工作物质的激光器，通过激发气体中的原子或分子，使其跃迁至激发态，再通过 受激辐射产生光子，从而实现激光输出。
新型激光器件结构
02
通过优化激光器件结构，降低激光器的阈值，提高能量转化效
率，进一步减小激光器的体积和重量。
高效光束质量控制技术
03
发展新型光束质量控制技术，提高气体激光器的光束质量和聚
焦性能，满足高端应用领域的需求。
应用领域的拓展
医疗领域
随着激光技术的不断发展，气体激光器在医疗领域的应用将更加 广泛，如激光美容、激光治疗等。
通过改进光学系统和冷却系统等手段，减小气体 激光器的体积和重量，提高其集成度。
提高效率和稳定性
通过优化气体激光器的结构设计、选用高性能的 气体介质和提高制造工艺水平等手段，提高其光 电转换效率和稳定性。
拓宽波长范围
通过采用新型的气体介质和光学技术，拓宽气体 激光器的波长范围，以满足更多应用领域的需要 。
量子计算
利用单个光子进行量子信息的 传输和处理。
激光雷达
利用激光测量距离和速度，常 用于环境监测和无人驾驶技术 。
教学演示
用于演示光学、量子力学和化 学等领域的基本原理和现象。
06
气体激光器的未来发展前 景
技术创新与突破
新型气体激光材料
01
随着材料科学的进步，将会有更多高效的气体激光材料被发现
和应用，提高激光器的输出功率和稳定性。
应用
激光器件-第1篇-第二讲-原子气体激光器
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• 2.1.1 He-Ne激光器的基本结构
He-Ne激光器由激光管和电源两部分组成, 激光管主要包括放电管、 电极和谐振腔三部分, 放电管是He-Ne激光器的核心。
‒ 放电管
毛细管：处于增益介质工作区，气体放电仅在毛细管中进行, 当在 电极上施加高压后,毛细管中的气体开始放电,使氖原子产生粒子数 反转。
激发态21S0和23S1特点：与基态之 间禁戒辐射跃迁。He(21S0)原子辐 射寿命为2×10-2秒，He(23S1)原子 的寿命为6×10-5秒，比其他能级原 子的寿命(10-8秒)要长。为Ne原子 的激发上能级的共振激发能量转移 提供了有利条件。
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‒ 氖原子能级分布
Ne原子核外有10个电子,其基态电 子组态为1s22s22p6 。Ne原子基态 能级为1S0 。Ne原子有10个电子， 基态1S0(电子分布为1s22s22p6)。激 发态为1S、2S、3S、2P、3P等， 它们对应的外层电子组态分别为 2p53s 、 2p54s 、 2p55s 、 2p53p 、 2p54p。
‒ 电极
阳极：一般采用钨针制成 阴极：多采用电子发射率高而溅射率小的铝及其合金制成，
通常做成圆筒状,并有尽可能大的尺寸
‒ 光学谐振腔
由一对镀有多层高反射率介质膜的反射镜组成，一般采用平凹 腔。平面镜为输出反射镜,透过率约1%～2%,凹面镜为全反射镜， 反射率接近100%。
按照谐振腔与放电管的放置方式不同,可分为内腔式、外腔式和 半内腔式、傍轴式、单毛细管式
具有旁轴式结构的部分优 点，还可以沿管壁加非均匀磁 场，抑制较强谱线的输出，适 于较长激光器中采用。
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c5.2气体激光器
磁场：
为了提高氩离子激光器的输出功率及寿命，一般要加上几十 到100毫特斯拉左右的轴向磁场。磁场通常由套在放电管外 面的螺线管产生。
5.2.3 Ar+离子激光器
2. Ar＋激光器的激发机理
Ar＋激光器与激光辐射有关的能级结构如图(9-15)所示 ◇ 激光上能级3P44P，下能级3P44S ◇ 激发过程： 气体放电后，高速电子与中性氩原子碰 撞，使之电离，形成处于基态3P5上的 氩离子； 基态Ar+离子再与高速电子碰撞，被激 发到高能态，形成反转粒子数，产生激 光。 ◇ 激光能级有不同的电子态，激光输 出谱线丰富，最强谱线为0.4880m、 0.5145m。
第五章 典型激光器介绍
§5.1 固体激光器 §5.2 气体激光器 §5.3 染料激光器 §5.4 半导体激光器 §5.5 其他激光器
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§5.2 气体激光器
气体激光器的特点：
激光谱线丰富，波长覆盖了从真空紫外到远红外 范围。
气态工作物质的光学均匀性比固体好，易于获得 高斯光束，方向性好。 气体工作物质的谱线宽度远比固体小，激光单色 性好。 气体的激活粒子密度远小于固体，需要较大体积 的工作物质才能获得足够的功率输出，体积一般 比较庞大。
5.2.1 氦-氖(He-Ne)激光器
1960年末最早研制成功的气体激 光器。 属于惰性气体原子激光器。 工作物质是氦氖混合气体，发射 激光的是Ne原子，He为辅助气体 ，作用为改善气体放电特性，提 高激光器输出功率。 主要波段在可见光到近红外区。
多采用连Hale Waihona Puke 工作方式（输出几毫 瓦到几十毫瓦）。
图(5-11) 不同充气压强下输出功率与放电电流的 关系曲线
5.2.2 二氧化碳激光器
二氧化碳co2激光器分类、特点与应用
二氧化碳co2激光器分类、特点与应用
根据激光介质不同，二氧化碳（CO2）激光器可以分为立式封管式CO2激光器和射频金属电极管式CO2激光器。
下面是对
其分类、特点和应用的详细介绍：
1. 立式封管式CO2激光器：
- 特点：立式封管式CO2激光器使用纵向封管结构，主要由气体混合器、电极、透镜组成。
激光工作介质为CO2、N2和He 气体混合物，通过电子激发CO2分子实现激光发射。
该激光
器具有较高的功率密度和较高的开关速度，能够产生连续激光或脉冲激光。
- 应用：立式封管式CO2激光器广泛用于激光切割、激光打标、激光雕刻、激光焊接等工业加工领域。
其高功率和高效能的特点使其在金属加工、木材加工、陶瓷加工、纸张加工等领域具有广泛应用。
2. 射频金属电极管式CO2激光器：
- 特点：射频金属电极管式CO2激光器利用电极产生射频电场，激发CO2分子实现激光发射。
其结构简单，激光输出稳定，
并且激光输出功率可达几十千瓦甚至数百千瓦。
- 应用：射频金属电极管式CO2激光器常用于高功率激光切割、激光焊接、激光熔覆等应用。
由于其高功率特性，可以广泛应用于汽车制造、航空航天、能源装备等领域的金属加工和表面处理。
总之，CO2激光器具有功率密度高、能量转化效率高、光束
质量好、加工效果精细等特点，因此在工业加工、医疗美容、科学研究等领域都有重要的应用。
几种激光器的结构示意
几种激光器的结构示意激光器是一种能够产生激光光束的器件。
不同类型的激光器通过不同的结构设计来产生不同的激光波长和激光功率。
下面将介绍几种常见的激光器结构示意。
1.气体激光器气体激光器利用气体放电产生激光。
气体激光器的基本结构包括激活介质、激励源和谐振腔。
激活介质是气体，常用的有氖、氩、氮气等。
激活介质通常填充在放电室内，由于电压作用下的电子激发使激发介质处于激发态，然后通过自发辐射产生的辐射光激发其他激发介质，从而实现光的放大效应。
激光器的谐振腔是由两块平面反射镜构成的，通过调节反射镜间的距离，可以实现激射光束的调谐。
2.固体激光器固体激光器是指利用固体介质产生激光。
固体激光器的基本结构包括激发源、增益介质和谐振腔。
激发源通常是一个脉冲电流或者光源，通过激发能量传递给增益介质，使其转化为激发态。
增益介质通常是晶体或者玻璃，如Nd:YAG晶体、Nd:YVO4晶体等。
激发能量在增益介质中逐渐积累，产生激光放大效应。
激光器利用谐振腔来限制光的传播方向，提供光的增益和反射，从而产生高激光功率输出。
3.半导体激光器半导体激光器是利用PN结构形成的电流与光的耦合效应来产生激光。
它的基本结构主要由P型半导体层、N型半导体层和激活层组成。
激活层是半导体激光器的核心部分，通过电流注入的方式产生激发态电子和空穴，然后通过电子空穴复合过程，放出激光。
半导体激光器具有体积小、发光效率高、功耗低等优点，广泛应用于通信、医疗等领域。
4.光纤激光器光纤激光器是利用光纤作为激光介质的激光器。
光纤激光器的基本结构包括光纤、增益介质和谐振腔。
增益介质通常是受控的掺杂光纤，如掺钕光纤、掺铽光纤等。
激发源通过光纤输入激发介质，产生激发态，然后通过自发辐射和受激辐射过程产生激光。
谐振腔的结构通常根据需要采用不同的方式，如光栅镜、光纤光栅、光纤环等。
以上是几种常见的激光器结构示意，每种激光器都有特定的工作原理和结构设计，以满足不同的应用需求。
二氧化碳激光器分类特点与应用
二氧化碳激光器分类特点与应用一、分类：CO2激光器主要分为封闭式和开放式两种类型。
1.封闭式CO2激光器：封闭式CO2激光器通常由气体激光管、泵浦器和腔镜组成。
其中，气体激光管内充填有二氧化碳、氮气和稀有气体混合气体。
通过泵浦器向激光管内添加能量，使气体分子激发至亚稳态，产生激光放大。
腔镜用来折射和反射激光，形成激光束输出。
封闭式CO2激光器适用于医疗美容、雕刻切割等高精度和高功率需求的场合。
2.开放式CO2激光器：开放式CO2激光器通常由气体激光管、泵浦器、扩束镜和输出镜组成。
其中，气体激光管内充填有二氧化碳和氮气混合气体。
泵浦器提供能量，使气体分子激发到受激发射态，在输出镜的作用下，形成激光束输出。
开放式CO2激光器适用于雕刻、切割等对功率要求较低的场合。
二、特点：CO2激光器具有以下几个特点：1.波长长：CO2激光器的激光波长为10.6微米，属于远红外光，对很多物质有很强的穿透能力。
2.高功率：CO2激光器可以达到很高的功率输出，通常可达到几十瓦至几百瓦。
3.高效率：CO2激光器的光电转换效率较高，可达到10%左右。
4.良好的光束质量：CO2激光器的光束质量较好，光斑比较小和聚焦性能好。
5.易于操控：CO2激光器的输出功率和频率可以通过调整泵浦能量和稀有气体含量等参数进行调节。
6.长寿命：CO2激光器的寿命较长，使用寿命可达数千小时以上。
三、应用：CO2激光器具有广泛的应用领域，如医疗、工业、科学研究等。
1.医疗方面：CO2激光器主要用于皮肤整形、手术切割、疤痕修复等医疗美容领域。
由于CO2激光器的波长与水分子吸收特性相匹配，因此可以控制热损伤范围，减少手术切割对周边组织的影响。
2.工业方面：CO2激光器广泛用于工业加工领域，如切割、雕刻、焊接等。
其高功率和良好的光束质量使其成为金属切割和非金属切割的重要手段。
3.科学研究方面：CO2激光器在科学研究中也有广泛应用，如光学实验、量子物理研究等。
二氧化碳激光器介绍
二氧化碳激光器介绍二氧化碳（CO2）激光器是一种常见的气体激光器，广泛应用于医学、工业和科研领域。
本文将介绍CO2激光器的原理、特点、应用以及一些相关的技术进展。
CO2激光器的原理基于二氧化碳分子在激发态和基态之间跃迁时放出的光能。
它的基本结构由激光管、泵浦源和输出耦合器组成。
激光管是一个封闭的管状动力学系统，内部充满了CO2、氮气和一小部分惰性气体混合物。
CO2激光器是中红外激光器，其工作波长在9.4~10.6微米之间。
泵浦源通常采用电子束激发或直接电通电流，以产生高能量的电子束或电弧，使得CO2分子处于激发态。
在该过程中，氮气和惰性气体起到了能量传递和CO2气体冷却的作用。
当CO2分子处于激发态时，通过碰撞和辐射跃迁，分子会回到基态并释放出能量。
这些能量以光子的形式被放射出来，形成一束高能量、单频率和空间相干性强的激光束。
这就是CO2激光器的工作原理。
CO2激光器具有几个显著的特点。
首先，它具有高能量密度和大功率输出的优势，因此在工业材料加工领域有广泛的应用。
其次，CO2激光器的波长与许多材料的吸收特性相匹配，可以实现高效的切割、焊接和打孔操作。
此外，CO2激光器由于其相对较长的波长，对光的传播有较好的表现，适用于长距离或特殊环境下的激光传输。
在医学领域，CO2激光器主要用于外科手术和皮肤治疗。
在外科手术中，它被广泛用于切除肿瘤、切割组织和凝固血管等。
在皮肤治疗中，CO2激光器可以用于去除皮肤病变、减少皱纹以及治疗疤痕等。
CO2激光器具有高的吸收率和浅的组织穿透深度，因此可以实现精确的组织切割和热效应。
在工业领域，CO2激光器主要用于金属切割、打标和焊接。
它可以通过调节功率和扫描速度来实现不同厚度的材料切割。
同样，CO2激光器还可以用于非金属材料如塑料、木材和陶瓷的切割和打标。
值得注意的是，CO2激光器的使用需要遵循一定的安全措施。
它的激光束具有很高的能量密度，对人体和物体可能造成伤害。
因此，在使用CO2激光器时，必须佩戴适当的防护装备，并遵循相应的操作规程。
激光的种类和激光器的用途
激光的种类和激光器的用途激光是一种由激活的原子、分子或离子产生的高度聚焦的光束。
根据激光的产生机制、波长、功率等不同特点，激光可以分为多种不同类型。
以下是常见的一些激光器种类及其应用。
1.气体激光器：气体激光器利用气体体积放电、电离、碰撞激发等原理产生激光。
其中，最常见的激光器是二氧化碳激光器（CO2激光器），它的波长为10.6微米。
CO2激光器广泛应用于切割和焊接金属材料、医学手术、纹身移除、装饰等领域。
2.固体激光器：固体激光器使用固体材料（如晶体或玻璃）作为激发介质，通过显微光泵或一个或多个便激光器激励来产生激光。
当固体材料受到外部能量激发时，光子被激发到高能级，并在经典的自发辐射下退回到较低的能级，产生激光。
常见的固体激光器有Nd:YAG激光器和Er:YAG激光器等。
Nd:YAG激光器工作在1064纳米，常用于望远镜、瞄准器、激光光纤通信等领域。
3.半导体激光器：半导体激光器是利用半导体材料和pn结构的特性产生激光。
半导体激光器通常体积小且寿命长，因此广泛用于信息存储、激光指示器、激光打印机、激光读取器、医疗设备等领域。
此外，半导体激光器还广泛应用于激光雷达、光通信和工业材料加工等领域。
4.光纤激光器：光纤激光器是一种利用光纤作为反馈介质产生激光的激光器。
相较于传统的固体激光器，光纤激光器具有更高的效率、更小的尺寸和更长的使用寿命。
光纤激光器广泛应用于医学手术、材料加工、激光测距、光纤通信等领域。
5.自由电子激光器：自由电子激光器是一种利用加速带电粒子（电子或电子束）产生激光的激光器。
自由电子激光器的波长范围广，功率高，可用于材料加工、电子束刻蚀、粒子加速器、原子核物理研究等领域。
除了上述激光器类型外，还有衍射光束激光器、液体激光器等特殊类型的激光器。
总结起来，激光器有着广泛的应用领域。
例如，激光器在医学领域中，可用于激光手术、激光治疗、激光诊断等；在通信领域中，激光器可用于光纤通信、激光雷达等；在材料加工领域中，激光器可用于切割、打孔、焊接、雕刻等；在科研领域中，激光器可用于光谱分析、粒子加速等。
气体激光器资料
➢ He-Ne激光器是典型的四能级系统, 能级结构 如图3所示。
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图3 He—Ne原子的部分能级图
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0.6328 m振荡是由跃迁 3S2 形2P4成的。上能 级 3寿S2 命为10-7秒。下能级 2P寿4 命为 1.8×10-8秒, 比 3S2寿命短得多, 因而满足 反转分布条件。
电极
He-Ne激光管的阳极一般用钨棒制成, 阴极 多用电子发射率高和溅射率小的铝及其合 金制成。
为了增加电子发射面积和减小阴极溅射, 一 般都把阴极做成圆筒状, 然后用钨棒引到管 外。
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谐振腔
He-Ne激光器由于增益低, 谐振腔一般采用 平凹腔, 平面镜为输出镜, 透过率约1%～2 ％, 凹面镜为全反射镜。
➢ CO2激光器是振动—转动分子激光器的代表。它 的工作气体是CO2,N2和He的混合物。原子里的 电子保留在基态, 激光跃迁发生在CO2的不同振动 态的两个转动能级之间。CO2激光器效率高,输出 能量大,功率高。
谐振腔 Ar+激光器的谐振腔反射镜与He-Ne 激光器一样, 也是由玻璃多层介质膜构
202成4/9/6 。全反端的反射率在99.8％以上, 一36
图7 分段石墨结构氩离子激光器
1.石墨阳极 2.石墨片 3.石英环 4.水冷套 5.放电管 6.阴极 7. 保热屏 8. 加热灯丝 9.布氏窗 10.磁场11.储气瓶12.电磁真空充气阀13.镇气瓶14. 波纹管15.气压检测器
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0.6328 m与1.15 m振荡共同使用一个下 能级, 因而也将发生谱线竞争。这两条谱线 间的竞争较0.6328 m和3.39 m两条谱线 间的竞争弱一些。
激光器的种类讲解
激光器的种类讲解激光器是一种能够产生高纯度、高亮度和一致的光束的装置。
他们在科研、医学、工业和通信等领域中具有广泛的应用。
根据激光器的工作原理和参数，可以将激光器分为多种类型，如气体激光器、固体激光器、半导体激光器和光纤激光器等。
本文将对各种类型的激光器进行深入的讲解。
1.气体激光器：气体激光器是最早被发明出来的激光器类型之一、它们通过用电流激励气体分子来产生所需波长的激光。
常见的气体激光器有氦氖激光器(He-Ne)、二氧化碳激光器(CO2)、氩离子激光器(Ar)等。
气体激光器具有较大的输出功率和较高的波长稳定性，适用于医学、切割和焊接等领域。
2.固体激光器：固体激光器是使用固体材料作为激光介质的激光器。
常见的固体材料有Nd:YAG、Nd:YVO4和Ti:sapphire等。
固体激光器可以通过激光二极管或弧光灯等能量源进行激发。
它们具有高效、高稳定性和长寿命的特点，适用于雷达系统、激光加工和科学研究等领域。
3.半导体激光器：半导体激光器是通过电流注入拥有p-n结构的半导体材料，使其产生激光。
半导体材料可以是单一的半导体材料，如GaAs、InP，也可以是多层薄膜结构，如VCSEL(垂直腔面发射激光器)。
半导体激光器具有小型化、低功率和高效率的特点，广泛应用于通信、光存储和光电显示等领域。
4.光纤激光器：光纤激光器是利用光纤作为激光介质的激光器。
光纤激光器通常包括光纤光源和光纤放大器两个部分。
光纤光源是利用受激辐射从光纤核心产生激光，通常使用稀土离子注入的光纤作为激发材料。
光纤放大器则通过将输入的激光信号放大，从而得到高亮度的激光输出。
光纤激光器具有小型化、高品质和集成化的特点，广泛应用于通信、激光打标和光纤光源等领域。
除了以上所述的主要激光器类型，还有许多其他的激光器类型，例如自由电子激光器、化学激光器和超短脉冲激光器等。
不同类型的激光器在应用领域和性能参数上有着差异。
因此，在选择激光器时，需要根据具体需求来确定最合适的类型和参数。
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。
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。
各种激光器的介绍
各种激光器的介绍激光器是一种将能量源转化为高强度、高单色性、高定向性的激光光束的装置。
激光器被广泛应用于医疗、通信、材料加工、测量检测等各个领域。
下面将介绍几种常见的激光器。
1.氦氖激光器（He-Ne激光器）氦氖激光器是一种气体激光器，它利用氦和氖的混合气体在波长为632.8纳米的红光范围内产生激光。
氦氖激光器具有单一稳定频率、高空间定向性和较小的光腔长度，适用于光学实验、干涉测量等领域。
2.二极管激光器（LD激光器）二极管激光器是一种半导体激光器，它是由多层不同材料的半导体材料组成的结构。
二极管激光器广泛应用于通信领域，如光纤通信、光存储等。
它具有体积小、效率高的特点。
3.CO2激光器CO2激光器是一种分子激光器，其工作介质是CO2分子。
CO2激光器具有中红外波段的辐射，波长在9.6-10.6微米之间。
CO2激光器在材料加工、医疗等领域有广泛应用，如切割、焊接、组织切割等。
4.Nd:YAG激光器Nd:YAG激光器是一种固体激光器，其工作介质是掺有镓和铽离子的YAG晶体。
它具有较长的荧光寿命和较高的能量转换效率，常用于材料加工、医疗、科学研究等领域。
5.氮化镓激光器（GaN激光器）氮化镓激光器是一种宽禁带半导体激光器，它利用氮化镓材料发射紫外激光。
GaN激光器具有较高的工作温度、较长的寿命和较高的光电子转换效率，可用于蓝光显示、白光LED照明等领域。
6.染料激光器染料激光器是一种利用染料溶液作为工作介质的激光器。
它具有波长调谐范围广、转换效率高的特点。
染料激光器在科学研究、生物医学等领域有广泛应用。
7.纳秒脉冲激光器纳秒脉冲激光器是一种能够在纳秒时间尺度内产生激光脉冲的激光器。
它广泛应用于材料加工、精密测量、医疗等领域，如激光打标、激光切割、激光测距等。
总之，激光器具有波长可调、能量可控、光束质量高等优点，能满足不同应用领域的需求。
随着材料科学、光学技术的不断发展，激光器的种类也在不断增多，并得到了广泛的研究和应用。
激光器的种类及应用
激光器的种类及应用激光器是一种产生高强度、高聚束、单色、相干光的装置。
它们被广泛应用于各个领域，包括医学、通信、材料加工、军事、测量和科学研究等。
下面将介绍几种常见激光器的种类及其应用。
1.气体激光器：气体激光器是最早被发展出来的激光器之一、最常见的气体激光器包括二氧化碳激光器和氩离子激光器。
二氧化碳激光器主要用于材料切割、焊接和打孔等工业应用，还被广泛应用于医学手术和皮肤美容治疗。
氩离子激光器在医学和科学研究中也有广泛应用，例如眼科手术、实验物理和化学研究。
2.固体激光器：固体激光器是一种使用固体材料作为激活介质的激光器。
最常见的固体激光器包括Nd:YAG激光器和铷钾硼酸盐（Nd:YVO4）激光器。
固体激光器有较高的光束质量和较长的寿命，被广泛应用于材料加工、医学、科学研究和军事领域。
它们可以用于切割、钻孔、焊接、标记和激光测距等应用。
3.半导体激光器：半导体激光器是使用半导体材料作为激发源的激光器。
它们具有体积小、功耗低和价格低廉的特点，因此在通信、激光打印、光存储和生物医学等领域得到了广泛应用。
激光二极管是最常见的半导体激光器之一，它们被广泛用于激光打印机、激光扫描仪和激光指示器等设备中。
4.光纤激光器：光纤激光器是利用光纤作为光传输介质的激光器。
它们具有高效率、高功率输出和相对较小的尺寸。
光纤激光器被广泛应用于通信、材料加工和医学等领域。
例如，光纤激光器可以用于光纤通信系统中的信号放大和发送，也可以用于材料切割、焊接和打标等高精度加工过程。
5.半导体激光二极管：半导体激光二极管是一种小型、低功耗的激光器。
它们主要用于光通信、激光打印、激光显示和传感器等领域。
激光二极管被广泛用于光纤通信系统中的光放大器和激光器，也被应用于激光打印机、光盘读写器和激光雷达等设备。
总而言之，激光器的种类繁多，每种类型都有其特定的应用领域。
激光技术的不断进步和创新将会带来更多新的应用和发展机会。
二氧化碳激光器CO2
二氧化碳 ( CO2)激光器介绍二氧化碳激光器是以CO2气体作为工作物质的气体激光器，其波长为10.6 微米附近的中红外波段。
其通过连续波、脉冲和高能量超脉冲技术以不同的能量和时间照射人体皮肤组织，组织吸收激光能量后主要发生光热反应，可使皮肤组织切割、汽化、碳化、凝固或适当变性，达到祛除病变，同时止血或结痂，改变皮肤肌理，达到治疗或理疗的目的。
二氧化碳 ( CO2)激光器原理CO?分子为线性对称分子，两个氧原子分别在碳原子的两侧，所表示的是原子的平衡位置。
分子里的各原子始终运动着，要绕其平衡位置不停地振动。
根据分子振动理论，CO?有三种不同的振动方式：①二个氧原子沿分子轴，向相反方向振动，即两个氧在振动中同时达到振动的最大值和平衡值，而此时分子中的碳原子静止不动，因而其振动被叫做对称振动。
②两个氧原子在垂直于分子轴的方向振动，且振动方向相同，而碳原子则向相反的方向垂直于分子轴振动。
由于三个原子的振动是同步的，又称为变形振动。
③三个原子沿对称轴振动，其中碳原子的振动方向与两个氧原子相反，又叫反对称振动能。
在这三种不同的振动方式中，确定了有不同组别的能级。
二氧化碳 ( CO2)激光治疗仪器作用（1）按输出方式分1）连续输出；2）脉冲输出——调制频率高达1MHz；3）Q开关输出——电光调Q与声光调 Q。
（2）按谐振腔的工作分1）波导腔——孔径D=1～3mm；2）自由空间腔——孔径D=4～ 6mm。
（3）按激励极性分1）单相；2）反相。
（4）按腔体结构分1）单腔；2）多腔；（a）折叠腔： V 型—— 2 折； Z 型—— 3 折； X 型—— 4 折。
（b）列阵腔：短肩列阵；交错列阵。
（c）积木式：并联— 2 腔；三角组联— 3 腔。
3）大面积放电（a）平板型，（ b）同心环型。
（5）按均恒电感分布方式分1）准电感谐振技术—用于低电容激光头；2）平行分布电感谐振技术—用于高电容激光头。
（6）按谐振腔材料分1）陶瓷—金属混合型；2）全陶瓷型； 3）全金属型。
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3、连续输出功率可达万瓦级，常用电激励 ；
4、温度效应 转换效率最高也不会超过40％，这就是说 有60％以上的能量转换为气体的热能，气体温度的升高，将 引起CO2分子的分解，降低放电管内的CO2分子浓度。使激 光器的输出功率下降，因此，冷却问题是CO2激光器正常运 转的重要技术问题。
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3.He对CO2分子有冷却作用，也可加速下能级粒子数抽空；
4.Xe的电离电位低，激光器内的气体易电离，使CO2分子能 量转换效率提高10％～15％。同时在维持放电电流相同的情 况下，加入Xe后可使放电电压下降20％～30％。 5.H2或(H2O蒸汽)可促使低能粒子抽空，H2O蒸汽有利于 CO2分 子的还原，可延长寿命。
二氧化碳激光器
属分子气体激光器
一、工作原理
1、CO2分子运动
CO2分子有三种不同的运动形式：
1.对称振动(b) 2.形变振动(c)
3.非对称振动(d)
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方向相反
2、工作物质
1.CO2气体是工作物质，辅助气体有N2、He、Xe和H2等；
2.N2在气体中起能量转移作用。N2分子受电子碰撞的概率 很大，放电中使大量N2处于亚稳态。通过近共振碰撞把内能 转移给CO2分子，实现粒子数反分布 ；
3、一般连续输出几瓦到十几瓦，甚至上百瓦。
4、输出波长易 被血红蛋白吸收，所以氩离子激光器对生物 止血效果最好。 在临床上主要用于外科手术，用它作“光 刀” ，尤其是上、下消化道出血时，氩离子激光器可以利用 光纤导人内镜进行止血等非手术治疗。目前它广泛用于眼科 凝固、皮肤科、内科等综合治疗领域。
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二、工作原理
通常情况下，基态的稀有气体原子化学性质稳定，因此呈 两种气体混合状态（Rg+X） 。但当它们受到激发时，如电子 束的轰击或高压激励等，稀有气体原子就可能从基态跃迁到激 发态，甚至被电离，这时很容易和另一个原子形成一个寿命极 短的分子（RgX） ，这种处于激发态的分子称受激二聚物， 简称准分子。
He原子质量小，运动 速度快，频繁地碰撞 CO2分子，高效地抽运 010能级上的CO2分子 ，大大提高了粒子数反 转程度。
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二、基本结构
所谓封离型是指 工作气体被密封在放 电管内(由放电管、 水冷管和储气管三层 结构组成 )。
它的优点是结构 简单、紧凑。但它的 单位放电长度可输出 的功率比其他结构的 （如流动型和气动型） CO2激光器要低。
表 氩离子激光的可见光光谱线
激光跃迁能级
4P2S01/2——4S2P1/2 4P2D03/2——4S2P3/2 4P2P03/2——4S2P1/2 4P2D05/2——4S2P3/2 4P2D03/2——4S2P1/2 4P4D05/2——4S2P3/2 4P4D03/2——4S2P3/2
波长(nm) 457.9 472.7 476.5 488.0 496.5 514.5 528.7
RgX基态分子寿命极短，为 10-13s量级，它沿着自己的势能 曲线想核间距增大的方向移动， 直至最终离解成独立的原子 Rg+X。激发态RgX*能级寿命 为10-8s量级，比基态稳定，因 此很容易形成粒子数反转。
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一、工作原理
激发过程一般分两步： 气体放电后，放电管中的 高速电子与中性氩离子碰 撞，从氩离子中打出一个 电子，使之电离，形成处 在基态上的氩离子；该基 态Ar+再与高速电子碰撞， 被激发到高能态，当激光 上下能级间产生粒子数反 转时，即可产生氩离子激 光。
因此，氩离子激光器的 激活粒子是Ar+。
或率（W） 0.35 0.30 0.75 1.50 0.70 2.00 0.34
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准分子激光器
一、工作物质
“准分子” ：不是稳定分子。它是混合气体受到外来能量 激发所引起的一系列物理和化学的反应中曾经形成但转瞬即 逝的分子，其寿命仅为几十毫秒。
这类激光器的工作物质是受激的气体原子(如Ar、Kr、 Xe，用Rg表示)和卤元素(例如F、Cl，用X表示)结合而成 的准分子，如氟化氩(ArF)、氯化氪(KrCl)、氟化氙(XeF) 等;
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3、CO2分子激发机理
N2分子受到电子碰撞后 被激发并和CO2分子发生 碰撞， N2分子把获得的 能量传递给CO2分子，使 大量的CO2分子被激发到 001能级时，能级001和 能级 100之间形成粒子数 的反分布。
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100能级和020能级的分 子迅速跃迁到亚稳态010能 级上。因此必须把跃迁到 010能级上的CO2分子立即 抽空，否则不利于粒子数 的反转。
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二、基本结构
氩离子激光器包括： 放电管、电极、回气管、谐振腔、轴向磁场等。
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氩离子激光器分段石墨放电管
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国产的氩离子激光管
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三、输出特点
1、是一种惰性气体离子激光器 ，在离子激光器中输出效率 最高；
2、其输出波长较多，主要有 514.5nm和488.0nm两个蓝绿色 的谱线，是可见光区域中最强的激光器。 ；
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采取两次电子碰撞将 氩原子激发到 3p44P态 要比直接碰撞、一次将 氩原子激发到3p44P态的 电子能量要小，后者只 能在低气压放电中才有 如此大的能量 （35.5eV）。
由于3p44P 和 3p44S能级上有许多 不同的电子态，所以 氩离子激光输出由丰 富的谱线。最强的谱 线波长是488.0nm、 514.5nm。
纵向电激励水冷内腔式封离型 CO2激光器的典型结构
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折叠式CO2激光器（水冷套未画出） 横向循环流动CO2激光器
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Hale Waihona Puke 纵向流动CO2激光器三 、输出特性
1、能量转换效率高 ： 20～25% (氦氖激光器的能量转换 效率仅为千分之几) ；
2、常用的CO2激光器输出波长为10.6 m ，属于中红外区，
氩离子激光器
原子或分子因某种原因失去电子或获得电子的过 程称为电离。若原子失去电子，称为正离子，反 之则称为负离子。
利用离子的能级跃迁所获得的激光器件称为离 子激光器。氖、 氩、氪、氙、镉蒸气、硒蒸气等 均能作离子激光器的工作物质。它们的激光输出 功率比原子气体激光器要高，达几十瓦，可连续 或脉冲输出。