激光器泵浦灯
泵浦激光器工作原理
泵浦激光器工作原理
泵浦激光器是一种基于激光放大原理的装置。
它通过将能量输入到激光介质中，使原本处于基态的粒子被激发到激发态，然后通过受激辐射过程使激发态粒子发射出具有相同频率、相干相位和方向的光子，从而产生激光输出。
泵浦激光器的工作原理可以简单描述为以下步骤：
1. 泵浦源提供能量：泵浦激光器通常使用强光源作为泵浦源，例如激光二极管或弧光灯。
这些能量源向激光介质中输入高能量光子。
2. 激发介质吸收能量：激光介质通常是一种具有激发态和基态能级的材料，例如固体晶体或液体。
泵浦光子被激光介质吸收，使介质中的原子或分子从基态跃迁到激发态。
3. 受激辐射过程：在激发态中的原子或分子在受到外界光子刺激时，可以通过受激辐射的过程向基态跃迁。
当受激辐射发生时，激发态的粒子会发射出与外界光子相同频率和相位的光子。
4. 光子的倍增和放大：受激辐射释放出的光子与泵浦光子相互作用，产生光子的倍增和放大效应。
这个过程通过在激光介质中设置适当的反射镜和光学器件来实现，使光子在激光介质中来回反射，从而增加光子数目和能量。
5.激光输出：经过倍增和放大后的光子从激光器中输出，形成
一束高强度、高相干性的激光束。
这束激光可以用于各种应用，
如切割、打标和通信等。
泵浦激光器的工作原理是通过泵浦源提供能量、激发介质吸收能量、受激辐射过程、光子的倍增和放大以及激光输出等步骤实现的。
这种原理使得泵浦激光器能够产生高能、高相干性的激光输出，广泛应用于科研、工业和医疗等领域。
广州安特激光技术 激光泵浦腔 说明书
广州安特激光技术有限公司
� 陶瓷体：ZAB-146 � 适合 YAG 棒尺寸： φ(3-8)x165mm 或更长 � 适合激光灯：NL9762、ST5108、STX-7x140x310-5x10 或弧长为 140-150mm 的灯
(4) 双灯单棒陶瓷泵浦腔： � 型号：BPQT-130D • 陶瓷体：BAB-350 • 适合 YAG 棒尺寸：棒直径 3-8mm，棒长度>=140mm • 适合激光灯：STK-7x130x270-4x8、弧长为 130-140mm、总长 270mm 或更长的灯
97
12
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BAB275
100
14.4
28.4
BAB283
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BAB299
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BAB281
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BAB402
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BAB228
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12
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BAB330(TCT117)
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BAB275-120
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14.4
28.4
BAB399
120
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BAB350
网址：（中文）
（English）
广州安特激光技术有限公司
ST5166
脉冲灯 STX-8x100x256-5x10
NL9764
连续灯 STK-8x125x270-5x10
BPQT-117
BAB330
4x140mm
ST256
脉冲灯 STX-8x125x270-5x10
激光泵浦腔
广州安特激光技术有限公司
本公司采用国外设计、进口关键零部件制造的激光泵浦腔，适合于激光棒直径 3mm 到 9mm，灯弧长最长为 180mm 的灯泵 浦固体激光器。
激光器件5-泵浦源
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光纤微透镜直接耦合就是采用一定加工工艺把光纤端 面制作成一定大小和形状的微透镜直接对向大功率半 导体激光器的发光面，如半球微透镜耦合、圆锥微透 镜耦合、锥端球面微透镜耦合、椭双曲面微透镜耦合 等
56
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自聚焦透镜是利用离子交换技术在圆柱状玻璃基棒 内产生径向的折射率分布而制成。它的聚光能力是 依靠折射率的渐变分布来实现的，焦距由透镜长度 决定。平端自聚焦透镜球差较严重，会聚光斑较大， 可把前端研磨成球面，补偿了透镜的球差
在低电流密度下氙的发射光谱，充氙 1.75×105Pa ,氙灯在红外部分发射很强 的线状光谱
泵浦源
4
不同电流下的发光谱线
在高电流密度下，线状结构被 强的连续光谱掩盖，另外高电 流密度使输出光谱向短波方向 移动。
在高电流密度下氙的发射光谱
泵浦源
5
脉冲灯的寿命
闪光灯的寿命终结有两种形式， 即突然失效和非破坏性失效。 造成突然失效的原因是灯被点 燃时气体中的冲击波使灯管爆 炸，或者由于灯管及封接处过 热并由热负荷而造成漏气。突 然失效与脉冲能量和脉冲宽度 有关，非破坏性失效由灯耗散 的平均功率决定。当闪光灯在 远低于额定最大脉冲能量和平 均功率下工作时，通常不会突 然失效，而是以逐渐减小的光 输出继续工作
Spot 2 x 40 mm (FWHM) Spot 1.3 x 1.3 mm (FWHM) Spot 0.4 x 1.3 mm (FWHM)
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半导体激光器的光束整形
直接整形聚焦
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半导体激光器的光束整形
改进后的整形聚焦
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半导体激光器的光束整形
2、光纤直接耦合 直接耦合包括光纤直接耦合和光纤微透镜直接耦 耦两种。光纤直接耦合就是把端面己处理的平头 光纤直接对向大功率半导体激光器的发光面。
泵浦
物理学术语
01 简介
03 闪光灯 05 激光
目录
02 泵送腔 04 电
基本信息
泵浦是一种使用光将电子从原子或分子中的较低能级升高（或“泵”）到较高能级的过程。通常用于激光结 构，泵浦激光介质以实现群体反转。这项技术是由1966年的诺贝尔奖获得者阿尔弗雷德·卡斯特勒（Alfred Kastler）于20世纪50年代初开发的。
然而如果芯棒相对于其直径太长，则可能会发生称为“预拉伸”的情况，从而消除芯棒的能量，才能正确 地建立。杆端通常是以布鲁斯特角度涂覆或切割的抗反射，以最小化这种影响。
闪光灯
闪光灯
闪光灯是激光器最早的能源。它们用于固态和染料激光器中的高脉冲能量。它们产生广泛的光，导致大部分 能量作为增益介质中的热浪费。闪光灯的寿命也往往很短。第一个激光由围绕红宝石棒的螺旋闪光灯组成。
染料激光器有时使用“轴向泵送”，其由中空的环形闪光灯组成，外部信封被镜像以将适当的光反射回中心。
电
电
气体激光器中常见的电辉光放电。例如，在氦氖激光器中，来自放电的电子与氦原子碰撞，激发它们。激发 的氦原子然后与氖原子碰撞，传递能量。这允许氖原子的逆群体积累。
电流通常用于泵浦激光二极管和半导体晶体激光器。 电子束泵浦自由电子激光器和一些准分子激光器。
较小的椭圆形产生较少的反射（称为“紧耦合”），在芯棒的中心提供更高的强度。对于单个闪光灯，如果 灯和芯棒的直径相等，则椭圆是其高度的两倍的椭圆通常在将光成像到芯棒中是最有效的。芯棒和灯相对较长以 最小化端面处的损耗的影响并提供足够长的增益介质。由于较高的阻抗，较长的闪光灯也将电能转换成光能更有 效。
石英闪光灯是用于激光器的最常见的类型，并且在低能量或高重复率下，可以在高达900℃的温度下工作。 较高的平均功率或重复频率需要水冷。水通常不仅必须洗涤灯的弧长，而且还必须穿过玻璃的电极部分。水冷闪 光灯通常用电极周围的玻璃缩小制造，以允许钨的直接冷却。如果允许电极加热比玻璃热得多，热膨胀会破裂密 封。
YAG与DP得区别
导读: 半导体及灯泵浦激光器都是采用ND:Y AG（掺钕钇铝石榴石）晶体作为激光产生的材料，它可将808nm的可见光转换为1064nm的不可见的激光，但输出激光的另一个更关键的因素是使晶体棒输出激光的泵浦源，半导体泵浦是利用半导体二极管发出808nm的光波；而灯泵浦是利用氪灯发出的光来泵浦。
灯泵浦激光器与半导体泵浦激光器比较：半导体及灯泵浦激光器都是采用ND:YAG（掺钕钇铝石榴石）晶体作为激光产生的材料，它可将808nm的可见光转换为1064nm的不可见的激光，但输出激光的另一个更关键的因素是使晶体棒输出激光的泵浦源，半导体泵浦是利用半导体二极管发出808nm的光波；而灯泵浦是利用氪灯发出的光来泵浦，但氪灯发出的光的光谱较广，只是在808nm处有一个稍大的峰值，其它波长的光最后都变成无用的热量散发掉了。
因此半导体泵浦的激光器的转换效率比灯泵浦要高得多得多。
优点如下：一．免维护不需换氪灯。
半导体二极管的寿命长，其额定的工作时间大于10000小时，而氪灯的寿命只有几百小时（一般在400-600小时左右），所以灯泵浦激光器在工作一段时间后，都需要更换氪灯，尤其是对于金属类打标，所需的能量较大，氪灯的寿命会更受影响。
因此半导体泵浦激光器又称为免维护激光器，意指其工作无耗材，在相当长的时间内不需要维护。
二．省电。
由于半导体泵浦的转换效率高，模式好，更易聚焦出高能量的更小面积的光点，标记同样的物体时，其所需的外部能量会更小。
同时其产生的废热也远远小于灯泵浦激光器，决定了其不需要灯泵浦激光器那样庞大的冷却系统。
所以半导体泵浦的激光器系统的功耗比灯泵浦小得多。
一个50W的灯泵浦激光标记机的功耗在6KW左右，而一个50W半导体激光标记机的功耗只在2KW左右，以三年为例，一天工作24小时，一个月工作28天，一度工业用电1.1元人民币，光耗电一项，一台半导体激光器就比一台灯泵浦激光器节省（6-2）KW*24小时*28天*12月*3年*1.1/度=10.645万元人民币！三．标记效果更好。
光纤激光器,灯泵浦和半导体激光器(三者比较)
光纤打标机和半导体及灯泵浦激光打标机三者主要性能比较武汉百一机电工程有限公司光纤激光打标机与灯泵浦激光器性能对比光纤激光打标机设备型号及性能“武汉百一”的BY-YLP光纤激光打标机在激光打标应用方面具有许多独特的优势。
与传统的固体激光器使用晶体棒作为激光介质不同，光纤激光器的激光介质是很长的掺镱双包层光纤，并被高功率多模激光二极管所泵浦。
BY-YLP系列光纤激光打标机使用特点1、光束质量极好，适用于精密、精细打标BY-YLP系列光纤激光打标机光束质量比传统的灯泵浦固体激光打标机好得多，为基模（TEM00）输出，发散角是灯泵浦激光器的1/4。
尤其适用于要求高的精密、精细打标。
2、体积小巧、搬运方便、实现便携化BY-YLP采用光纤传输，由于光纤具有极好的柔绕性，激光器设计得相当小巧灵活、结构紧凑、体积小。
其重量和占地面积分别是灯泵浦泵浦激光打标机的1/10和1/4，节省空间，便于搬运。
且采用光纤传输决定了其能适应加工地点经常变换的要求，实现产品的便携化。
3、激光输出功率稳定、设备可靠性高能量波动低于2%，确保激光打标质量的稳定；平均无故障使用时间可达10万小时以上，灯泵浦激光打标机的氪灯的使用寿命在800小时左右。
4、效率高、能耗低、节省使用成本电光转换效率为30%（灯泵浦激光打标机为3%），设备功率仅500－1000W，日均耗电10度，是灯泵浦激光打标机的1/10左右，长期使用可为用户节省大量的能耗支出。
5、自主知识产权的操作软件，操作简便、功能强大可以标刻矢量式图形、文字、条形码、二维码等，可升级实现在线打标，自动打标日期、班次、批号、序列号，支持PLT、PCX、DXF、BMP等文件格式，直接使用SHX、TTF字库。
激光打标机系统组成BY-YLP型光纤激光打标机主要由四部分组成，即：进口光纤激光器、光路及振镜扫描系统、计算机控制系统及工作台。
1、光纤激光器光纤激光器一体化整体结构，无光学污染、无功率的耦合损失，结构小巧紧凑，空气冷却，具有其他激光器不具备的高效率和可靠性。
激光泵浦磷光体光源
激光泵浦磷光体光源激光泵浦磷光体光源是一种新型的照明光源，它具有高效、环保、安全等优点，备受市场青睐。
本文将从激光泵浦磷光体光源的概述、原理与特点、应用领域、发展前景等方面进行详细阐述。
一、激光泵浦磷光体光源概述激光泵浦磷光体光源，顾名思义，是一种采用激光泵浦磷光体材料发光的光源。
与传统的白炽灯、荧光灯相比，它具有更高的光效和更低的能耗，因此在照明领域具有广泛的应用前景。
二、激光泵浦磷光体光源的原理与特点激光泵浦磷光体光源的原理是：激光束照射到磷光体材料上，使磷光体产生激发，从而发出可见光。
这种光源具有以下几个特点：1.高效：激光泵浦磷光体光源的光效高，能将更多的激光能量转化为可见光能量，提高照明效果。
2.节能：激光泵浦磷光体光源的能耗低，与传统照明设备相比，能节省大量电能，有利于节能减排。
3.安全：激光泵浦磷光体光源无紫外线辐射，对人体无害，有利于保护视力。
4.长寿命：磷光体材料具有较长的使用寿命，使得激光泵浦磷光体光源具有较高的稳定性。
三、激光泵浦磷光体光源的应用领域激光泵浦磷光体光源在照明领域具有广泛的应用，如家庭照明、商业照明、道路照明等。
此外，它还可应用于投影、显示、生物医学等领域。
四、激光泵浦磷光体光源的发展前景随着科技的进步和人们对环保、节能的重视，激光泵浦磷光体光源的发展前景十分广阔。
未来，激光泵浦磷光体光源技术将不断完善，成本逐渐降低，有望成为照明市场的主流产品。
五、总结与展望激光泵浦磷光体光源作为一种新型高效照明光源，具有明显的优势。
随着研究的深入和技术的不断优化，激光泵浦磷光体光源将在未来照明领域发挥越来越重要的作用。
泵浦激光器原理
泵浦激光器原理
泵浦激光器是一种基于泵浦过程产生激光的器件。
其原理是通过能量较高的泵浦源或泵浦光束作用在激光介质中，使其获得足够的激发能量，从而导致激射发射。
为了实现有效的泵浦，常常需要选择适合的泵浦源和激光介质，并通过合适的能量耦合方式来实现能量传递。
泵浦源通常为能产生高能量、高功率光束的器件，如激光二极管或氙气闪灯。
这些泵浦源产生的光束经过透镜或光纤进行整形和传输，最终聚焦到激光介质中。
激光介质可以是固体、液体或气体，其选择取决于所需的输出特性和应用需求。
在泵浦过程中，泵浦光束的能量被转移到激光介质的粒子中。
这些粒子经过激发后，处于激发态的粒子会通过受激辐射的方式跃迁到较低能级，并释放出一束激光。
这个过程可以通过选择适当的激光介质和泵浦源来实现所需的波长和输出功率。
为了实现有效的泵浦，能量耦合是非常重要的。
在泵浦源和激光介质之间需要具有良好的能量转移和耦合效率。
这包括选择合适的光纤、透镜和反射镜等光学元件，以及优化泵浦源和激光介质之间的空间布局和位置。
总的来说，泵浦激光器的原理是利用高能量泵浦源激发激光介质中的粒子，从而产生激光输出。
通过选择适合的泵浦源、激光介质和能量耦合方式，可以实现不同波长和输出功率的激光器，从而满足各种应用需求。
泵浦激光器
泵浦激光器什么是泵浦激光器也许没多少人知道什么是泵浦，更别说泵浦激光器了。
泵浦是所有的激光器不可或缺的条件，所有的激光器都需要泵浦来让激光器中的物质形成粒子布局数反转，这样才能使激光器形成激光条件。
比如：半导体泵浦激光器本身将半导体激光器作为泵浦来用；还有半导体泵浦固体激光器是利用输出固定波长的半导体激光器代替氪灯或氙灯对激光晶体进行泵浦，这是激光器发展的又一大进步。
这类激光器不仅光电转化率高、光束质量高，而且效率高，寿命长等优点，被广泛应用于通讯、科学研究、打印机、医疗机械等各种高科技领域当中。
泵浦激光器的发展历程及应用半导体泵浦固体激光器的发展与半导体激光器的发展是密不可分的。
1962年，第一只同质结砷化镓半导体激光器问世，1963年，美国人纽曼就首次提出了用半导体做为固体激光器的泵浦源的构想。
但在早期，由于二极管的各项性能还很差，作为固体激光器的泵浦源还显得不成熟。
直到1978年量子阱半导体激光器概念的提出，以及八十年代初期MOCVD 技术的使用及应变量子阱激光器的出现，使得半导体泵浦固体激光器的发展步上了一个崭新的台阶。
在进入九十年代以来，大功率的半导体泵浦固体激光器及半导体泵浦固体激光器列阵技术也逐步成熟，从而，大大促进了半导体泵浦固体激光器的研究。
国内半导体泵浦固体激光器市场化水平已经达到数百瓦，实验室水平已经达到千瓦级。
在应用上，大功率半导体泵浦固体激光器以材料加工为主，包括了常规的激光加工：主要是材料加工，如激光标记、激光焊接、激光切割和打孔等，结构紧凑、性能良好、工作可靠的大功率半导体泵浦固体激光打标机产品系列已经在国内得到了规模应用，在国外，千瓦级的半导体泵浦固体激光器已有产品，德国、美国汽车焊接就已经用到了千瓦级半导体泵浦固体激光焊剂机，在原理和技术方案上半导体泵浦固体激光器定标到万瓦都是可行的，主要受限于成本和市场需求的限制。
二倍频半导体泵浦固体激光器在微电子行业、三倍频半导体泵浦固体激光器在激光快速成型领域都得到了广泛应用。
光纤激光器灯泵浦和半导体激光器
光纤激光器灯泵浦和半导体激光器
1.原理：
灯泵浦：灯泵浦激光器是利用高浓度的氙灯或钨丝灯等常见光源，通
过较大功率的光束在介质材料上产生吸收，来实现激光输出。
半导体激光器：半导体激光器是利用半导体材料的电子能带结构，在
二极管结构中通过外加电流进行正向电子注入形成激发，最终实现激光输出。
2.结构：
灯泵浦：灯泵浦激光器通常包括灯泡、激光介质、反射镜、光学腔等
基本组件。
半导体激光器：半导体激光器主要由PN结构的半导体材料、腔体、
外加电极和反射镜等组成。
3.性能：
灯泵浦：灯泵浦激光器功率较大，适用于高功率要求的激光器应用，
但输出光束质量较差，相对稳定性较差。
半导体激光器：半导体激光器具有较小体积、较低功耗和较高的效率，适用于低功率激光器应用，但光束质量较差，频谱相对较宽，相对稳定性
较差。
此外，半导体激光器的使用寿命相对较短。
4.应用领域：
灯泵浦：灯泵浦激光器适用于科研实验、军事、材料研究等领域，在
工程应用中用于割、焊接、打标和激光测距等方面。
半导体激光器：半导体激光器广泛应用于工业材料处理、医疗器械、光通信以及显示技术等领域。
综上所述，光纤激光器、灯泵浦和半导体激光器在原理、结构、性能和应用方面存在差异。
根据具体的应用需求和预算，选择合适的激光器类型非常重要。
灯泵浦激光器与半导体泵浦激光器比较
能量 更集 中 ，取得更 好的标 记效果 。
（ ） 积 小 ．重 量 轻 ４体
命 ， 采 用 了 预 燃 加 开 关 变 频 控 制 技 术 ，即 在 保 证 发 光
管 ： 受 电 流 不 中击 的 前 提 下 ，根 据 工 作 量 和 强 度 ， 最 大
半 导 体 激 光 模 块 本 身 体 积 小 巧 ， 加 上 其 激 光 模 式 好 ， 因 此 半 导 体 泵 浦 激 光 器 的 体 积 比 灯 泵 浦 激 光 器 的 体 积 小 近 三 分 之 二 。 半 导 体 泵 浦 激 光 器 产 生 废 热 少 ，所 需 冷 却 系 统 小 ， 一 般 只 需 一 匹 的 冷 水 机 即 可 ，灯 泵 浦 激 光 器 一 般 都 需 要 ３ 以 上 的 冷 水 机 ， 同 匹 时 需 要 较 大 水 泵 以 提 供 较 大 的 冷 却 水 流 。 因 此 其 运 行 灯 泵 浦 激 光 标 记 机 的 运 行 噪 音 较 大 ， 同 时 庞 大 的 冷 水 机 会 产 生 更 多 的 热 量 ，尤 其 在 南 方 夏 季 ， 环 境 气 温 较 高 ， 这 些 多 余 的 热 量 会 使 工 人 的 工 作 环 境 更 恶 劣 ， 或 者 需 要 更 多 的 空 调 系 统 来 调 节 工 作 环 魇 的 温 度 ，增 大 了 生 产 成 本 。 使 用 半 导 体 激 光 器 比 采 用 灯 泵 浦 激 光 器 ， 虽 然
由 于 半 导 体 泵 浦 的 转 换 效 率 高 ， 模 式 好 ， 更 易 聚
焦 出 高 能 量 的 更 ／ 面 积 的 光 点 ，标 记 同 样 的 物 体 时 ， ＿ ｌ ＼
其 所 需 的 外 部 能 量 会 更 小 。 同 日 其 产 生 的 废 热 也 远 远 寸 小 于 灯 泵 浦 激 光 器 ，决 定 了 其 不 需 要 灯 泵 浦 激 光 器 那 样 庞 大 的 冷 却 系 统 。 所 以 半 导 体 泵 浦 的 激 光 器 系 统 的 功 耗 比 灯 泵 浦 Ｊ 得 多 。 一 个 ５ ｗ的 灯 泵 浦 激 光 打 标 ＿ ｌ ＼ ０ 机 的 功 耗 在 ６ ｗ左 右 ， 而 一 个 ５ ｗ半 导 体 激 光 标 记 机 ｋ Ｏ
固体激光器 组成及 工作原理
固体激光器组成及工作原理固体激光器是一种利用固体材料来产生激光的装置，它由多种组成部分和复杂的工作原理构成。
在固体激光器的组成中，最核心的部分是工作物质、泵浦源、共振腔和输出镜。
而其工作原理主要包括受激辐射和光放大的过程。
在本文中，将详细介绍固体激光器的组成及工作原理。
固体激光器的核心部分是工作物质。
固体激光器的工作物质通常采用固体晶体或者玻璃材料，如氧化物晶体、掺杂晶体、玻璃体等。
这些材料受到光或电的激发后，能够发射激光。
固体激光器的性能和特性很大程度上取决于选用的工作物质，因此工作物质的选择至关重要。
固体激光器还需要泵浦源来提供能量。
泵浦源通常采用闪光灯、半导体激光二极管等，通过光或电的形式向工作物质提供激发能量，使其处于激发态。
泵浦源提供的激发能量将激发工作物质内的原子或分子跃迁至激发态，为固体激光器的激射提供能量。
固体激光器的第三个重要组成部分是共振腔。
共振腔由两个反射镜构成，其中一个是部分透明的输出镜，另一个是完全反射的输入镜。
这一腔体结构能够形成光波的多次反射，从而增强光的密集程度，促进激光产生。
输出镜是固体激光器输出激光的关键组成部分。
它具有一定的透过率，使得一部分激光能够逃逸出腔体形成输出激光。
固体激光器的工作原理主要包括受激辐射和光放大两个过程。
受激辐射是指利用泵浦源提供的能量，使得工作物质中的原子或分子跃迁至激发态。
而光放大是指激发态的原子或分子受到外界光的刺激后，向激光波长辐射能量，使得激光得以产生和放大。
固体激光器作为一种重要的激光器件，具有复杂的组成结构和工作原理。
通过对固体激光器的组成及工作原理的深入了解，可以更好地设计和应用激光器，从而推动激光技术在多个领域的应用和发展。
3固体激光器的光泵浦系统
Pvis I (T , λ) Sdλ
0
September 2004 29
3.1.4惰性气体灯的技术参数及寿命
• • • • •
着火电压 自闪电压 触发电压 极限负载能力 工作寿命
September 2004
30
着火电压和自闪电压
September 2004
31
影响着火电压和自闪电压的因素
33
September 2004
氙灯的爆炸能量与寿命
Eex 1.2 10 ld t p
4
单位cm
单位s
Eex 8.5 寿命 ( ) Ein
September 2004
34
氙灯的散热功率
• 液冷下石英管散热功率
最大300～400Wcm－2
保守值使用值50～100Wcm－2
September 2004
• 充气电压 • 电极形状和材料
形状——电极尖，电压低。 材料——电极材料电荷发射性好，电压低。
极间距 充气压
V火 V0 kl p
• 气体纯度
少量杂质气体可使电压显著增加。 电极和管壁溅射，降低气体纯度。
• 触发强度
触发电压，触发频率，触发方式（内，外）
September 2004
• 管壁
石英管—— 优点： 耐高温 耐冲击 耐强电流：电流密度>104A/cm2 高透过率：白光的吸收系数<0.002 缺点：紫外光的高透过率，破坏工作物质，出现色心。 通过在石英中掺铈（Ce），铕（Eu）转换紫外光 为可见光。
September 2004
6
（2）结构
• 电极
材料
钨——高熔点（3640°），逸出功4.54eV 钍钨（钨中掺入0.5~2%的氧化钍ThO2）——逸出功2.7eV
灯泵浦激光器调试步骤
3.扩束镜的调节
扩束镜的调整要求：首先要保证入射光要在扩束镜进 光孔中心，出射光要在出光孔中心；
扩束镜调整的好坏对激光打标效果有很大影响。主要 表现在
a.激光功率下降； b.打标幅面内激光强度不均匀（分左右上下不均匀和
里面外面不均匀，左右上下不均匀调整扩束镜径向位 置，里面外面不均匀调整轴向位置）； c.计算机软件设计中心偏离振镜头出光物理中心； d.不能起到扩束效果。
4. 输出镜片的调整
装上输出镜片，通常可以看到输出镜将红光反射到红 光的激光头上。通过调节输出镜片的两个对角调节螺 母使反射的红光光斑与红光的输出孔重合。
5.调整激光腔
装上聚光腔，挡住前面输出镜的返回红光，通过调节 腔体与光具座的平行度来调节反射红光，在保证红光 通过YAG棒中心的情况下，使红光与反射红光光斑重 合。
调光总体思路
红光准直，所有光路器件使红光通过其中心，并且反 射光返回红光中心
调光由远及近，一步步调整 激光最终调试和红光同轴
机型实物图
激光发生器主要由激光工作物质、泵浦源、聚光腔、 谐振腔组成。
红光 全反膜片架 声光晶体
激光腔体
输出膜片架 扩束镜
光阑
灯泵连续固体激光器
光路部件
1. 指示红光的调整
红色激光作为光路的基准。红光应该与激光的路径保持一致。 因此必须在调整整个光路时，首先要调整红光指示。
调试工具：制作一个T型的调光块，在上面画一个十字线。该调 光块的中心高度（底座到十字横线）为52m、竖线取与光具座 的中心垂直
调试步骤：红光的调光筒上有6个调节螺母，前后各三个。
第一步，先将调光块放在离红光较近的近点（也称光具座的后 点），调节前面三个调节螺母，使红光照在十字的正中；
光纤激光器灯泵浦和半导体激光器
光纤激光器灯泵浦和半导体激光器
光纤激光器，灯泵浦和半导体激光器是目前使用最广泛的激光器种类，它们有着不同的特点，广泛应用于工业、科研和医疗等领域。
本文将主要
从能源耗散、激光效率、频率特性、输出光束参数和稳定性等方面，对光
纤激光器、灯泵浦和半导体激光器进行比较。
首先，从能源耗散上来看，灯泵浦的光效大约是半导体激光器的2～
3倍。
而光纤激光器的光效甚至高达半导体激光器的8～12倍。
因此，从
能源效率来看，光纤激光器是最适宜的选择。
其次，从激光效率来看，灯泵浦可达10%—25%，而半导体激光器的
效率比灯泵浦高出2～3倍，可以达到50%—60%。
而光纤激光器的激光效
率则要远高于半导体激光器，甚至可以达到80%以上，是目前能够获得最
高激光效率的激光器。
再次，从频率特性来讲，灯泵浦的频率特性很滞后，无法获得高精度
的频率控制。
而半导体激光器频率特性较好，可以实现比较精确的频率控制。
而光纤激光器虽然不能实现完全调谐，但它的频率特性也比灯泵浦和
半导体激光器都要好，故而在精确控制频率方面，光纤激光器可以满足用
户的要求。
泵浦激光器原理
泵浦激光器原理泵浦激光器是一种常用的激光器类型，它可以通过外部光源的泵浦作用来实现激光输出。
以下是关于泵浦激光器原理的详细介绍。
一、激光器的基本结构泵浦激光器与其他激光器一样，都是由激光器介质、光学谐振腔、泵浦源、输出端口等主要组成部分构成的。
其中，激光器介质通常是固态晶体，如Nd:YAG晶体、Nd:YVO4晶体等；泵浦源则是泵浦激光器最重要的部分，通常采用的是激光二极管、氘灯、氙灯等；而光学谐振腔则用于放大激光，控制输出波长和输出功率等。
输出端口可以是镜面或者其他形式的光学元件。
二、泵浦激光器的工作原理泵浦激光器的工作原理可以简单理解为：泵浦源产生的光能够被泵浦激光介质吸收并激发其中的激活原子或离子，使其处于受激辐射态，从而实现激光放大以及输出。
下面我们来具体描述这个过程。
1、激光介质的能级结构激光介质内部的原子或离子通常具有较为特殊的能级结构，其中最重要的是受激辐射过程。
这个过程可以通过如下图所示的简化示意图来解释。
如图所示，激活原子存在于基态，它的外层电子都处于基态能级。
当外界泵浦源发射的光子能够和激活原子的电子能级匹配时，就会被激发到一个更高的能级，此时激活原子就进入了受激辐射态。
当激活原子受到外界光子的刺激，就会从高能级跃迁到低能级，释放出新的光子，这些光子具有与泵浦光子相同的频率和相位，从而实现激光放大。
2、激光器的泵浦源泵浦源是泵浦激光器中最关键的部分，它可以提供足够的能量将激光介质中的原子或离子激发至受激辐射态。
常用的泵浦源有激光二极管、氙灯、氘灯等。
其中，激光二极管是当前最常用的泵浦源之一，它具有较高的效率、较小的体积和便于控制的优点。
3、激光谐振腔激光谐振腔由反射镜和激光介质组成，它的作用是将由激光介质发出的光反射回去，从而形成“驻波”。
这样，激励一次后，能够通过其中的激发能量快速累积，从而实现激光输出。
反射镜可以是金属反射镜、半反射镜等，半反射镜可以将激光输出部分反射回谐振腔中，从而继续增强激光强度和频率。
实验八 脉冲式灯泵浦YAG激光器被动调Q实验
实验八脉冲式灯泵浦YAG激光器被动调Q实验A实验目的（1）掌握被动调QYAG激光器的工作原理与调试方法。
（2）测量脉冲与连续泵浦YAG激光器的静态输出特性。
（3）分析被动调Q率被动调QYAG激光器的动态输出特性。
（4）在被动调Q理论分析的基础上，通过实验研究，针对相应的运转条件和应用需求，设计被动调QYAG激光器的光学参数。
A实验原理1．固体Nd:YAG激光器的工作原理。
（1）Nd:YAG晶体的性质表8-1Nd:YAG激光晶体的主要性质Nd3+：YAG是以三阶钕（Nd3+）离子部分取代Y3Al45O12晶体中Y3+离子的激光工作物质，称为掺钕钇铝石榴石（简称Nd3+：YAG）。
它以Nd3+离子作为激活粒子。
图8-1给出了Nd3+:YAG晶体中Nd3+离子的与激光产生过程有关的能级图。
处于基态A/的钕离子吸收光泵发射的相应波长的光子能量后跃迁到4I5/2,2H9/2和4F7/2,4S3/2能级（吸收带的中心波长是810nm和750nm，带宽为30nm）,然后几乎全部通过无辐射跃迁迅速降落到4F3/2能级。
4F3/2能级是一个寿命为0.23ms的亚稳态能级。
处于4F3/2能级的Nd3+离子可以向多个较低能级跃迁并产生辐射，其中几率最大的是4F3/2至4I11/2的跃迁（波长为1064nm ）。
（2）静态运转特性分析（a ）脉冲运转一驰豫振荡（尖峰效应）暂态过程。
（b ）连续运转一阈值条件（增益饱和）稳态过程。
按“激光原理与技术”中有关章节的分析，结合实验得出：仅仅依靠增加泵浦能量与功率，不能获得窄脉宽，高峰值功率的激光脉冲的结论。
2.Cr:YAG 饱和吸收被动调Q 原理自饱和被动式调Q 激光器由于器件结构简单，对激光器无电磁干扰，应用十分广泛但由于通常的染料调Q 介质，导热率极低，使其应用范围受到局限，只能用于低重复率的脉冲调Q 激光器中。
近年来，由于激光晶体技术的进步，我国已生产出可用于高重复率调Q 的多掺YAG 晶片，制成了被动式的Q 开关器件，兼备声光和染料调Q 的长处,在激光医疗、激光打标和非线性光学等领域获得广泛的应用。
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激光器泵浦灯3杜秀兰(电子工业部第五十三研究所 锦州 121000) 摘 要 本文详细介绍了两种固体激光器最常用的泵浦灯—脉冲氙灯和连续氪灯的种类、结构、三种封接形式的优缺点与抗冲击性能、发射光谱、效率、寿命等特性,提出了提高泵浦灯效率及寿命的方法。
关键词 激光器泵浦灯 脉冲氙灯 连续氪灯 封接 效率 寿命1 序言固体激光器可以用很多方法来泵浦,例如灯的辐射、太阳光的辐射、惰性气体中的击波发光、电子激发发光等等。
在这些方法中,要属泵浦灯最为成熟,应用最广。
其原因是:第一,制作工艺较为简单,使用方便;第二,适用范围广,能在脉冲或连续状态下工作。
脉冲运转的激光器通常采用脉冲氙灯,而连续输出的激光器则采用连续氪灯。
本文主要介绍泵浦固体激光器最常用的脉冲氙灯和连续氪灯。
2 种类和结构脉冲氙灯又叫闪光灯,能在极短的时间内发出强光,象闪电一样一闪而过,是目前除激光器外最亮的光源。
脉冲氙灯的管壁厚约1—1.5mm,内径为5—10mm,通常灯内充入200—400mmHg的氙气。
脉冲氙灯虽有许多形状和尺寸,但类型只有两种———管形和球形。
管形包括螺旋形、环形、U形、π形和直管形。
直管形脉冲氙灯基本由玻璃或石英外壳、电极、安装灯头组成,如图1所示。
图1 直管形脉冲氙灯结构 连续氪灯通常用优质石英管制成,管壁的厚度比同尺寸的脉冲氙灯薄一些(为的是减小管壁温度梯度和热应力),一般不超过1mm。
小型氪灯充气压为3—4atm,大型氪灯的充气压为2.5-3atm。
氪灯的形状一般是直管形。
泵浦灯的灯管可以由在紫外光谱区透过的石英玻璃制成,也可以由掺氧化铈和氧化3 收稿日期:1998-05-18钛的合金石英玻璃制成,在350—380nm的紫外辐射基本上被管壁吸收掉,并产生400—500nm的荧光转换。
阴极是泵浦灯的一个重要部件,它对灯的性能(特别是寿命)起着决定性影响。
大多数灯的损坏都是因阴极性能变劣和失效而引起的。
阴极的特性主要取决于它所采用的电子发射材料,常采用高熔点、高电子发射率、不易溅射的钍钨、钡钨和铈钨材料制成。
国外一般都使用浸渍钡化合物的多孔钨作为阴极材料,阴极的工作头与硬钨支架用镍焊料焊在一起。
俄罗斯生产泵浦灯的阴极有掺有氧化钍和氧化钇的钨阴极,也有掺钡化合物的钨阴极。
3 封接形式与抗冲击性能泵浦灯的使用性能首先是由工艺水平和使用结构材料的质量所决定。
泵浦灯的制作关键是石英管与钨杆的封接,封接形式直接影响灯管的抗冲击性能。
目前有三种封接形式:逐级过渡封接,钼箔气泡封接,帽罩钎焊封接。
3.1 逐级过渡封接是指从石英管到钨杆之间用几种膨胀系数不同的过渡玻璃以实现钨杆与石英管的封接。
由于截面积小,封接热稳定性较差,在封接处温度一般不宜超过200℃,自然冷却管壁负载仅为0.5—1W/cm2。
这种封接方式只适合于小能量、低重复频率状态下工作,在单次输入能量大、重复频率高的状态下不适用,而这些正是高科技军事工业所需的。
目前国外普通采用只有1—2道过渡的高温钨石英热扩散封接,这种工艺作的灯具有大的导电体截面积,无电焊连接点,零件数目少,封接区长度短(5mm左右),外观规整等优点。
灯性能稳定可靠,封接处可承受600—800℃的高温而不致炸裂。
不仅可在较高的重复频率和较大的单次输入能量状态下工作,而且可耐大电流冲击和温度冲击。
3.2 钼箔气泡封接在封接部位的石英玻管内放一段与钼箔长度相当的石英气泡,气泡直径与石英玻管内径的间隙很小,钼箔上开槽增大封接面积,边缘腐蚀成刀口状,中间厚两边薄,以便于封接。
分为带状和环形钼箔气泡封接两种。
这种封接方式作的灯机械强度高,结构牢靠,电极散热条件好,耐振动抗冲击。
可在低电流密度、较高的重复频率状态下工作,多数情况下需水冷。
除大能量脉冲氙灯外,大部分固体激光器用泵浦灯均可以此法制作。
德国OSRAM公司生产了一系列连续氪灯,使用了带状钼箔封接。
俄罗斯生产的大部分泵浦灯都采用环形钼箔封接。
3.3 帽罩钎焊封接用铅或银铜焊料封接成,适用于极高功率和大电流下工作,耐冲击状况也较好。
俄罗斯生产的小部分泵浦灯是帽罩钎焊封接。
4 发射光谱泵浦灯的发射光谱取决于电流密度。
当电流密度增加时,光谱能量分布的重心移向短波段,且连续谱的增加比线状谱快,逐渐遮盖了线光谱。
因此,产生越来越强的短波辐射。
在紫外和可见区连续谱占优势,在800nm附近有较强的光谱线。
线性光谱在低电流密度下红外较强,在高电流密度下显得不明显。
另外,脉冲氙灯的光谱能量分布还与储能电容器上的电压和电容有关。
电压升高,向短波方向移动,电压降低,向长波方向移动。
电容的大小可以改变输出光强。
连续氪灯的发射光谱呈现强烈的线状光谱,连续谱区的峰值强度比线光谱小几个数量级,这主要是因为在连续工作时,电流密度低。
氪灯的发射光谱主要集中在760nm和810nm附近,与Nd3+:YA G激光晶体的两个吸收峰(位置在0.7μm和0.8μm)有比较好的光谱匹配。
图2给出了氪灯(实线)和氙灯(虚线)的光谱特性曲线。
图2 氪灯(实线)和氙灯(虚线)的光谱特性曲线(氙灯d i=4mm,1=60mm,p0=0.08MPa,C=290μΦ,U0=700V,L=13μH,τ=250μc,p=0.4MW/cm3)矩形表示Nd3+:YA G激光晶体的主要吸收带5 效率泵浦灯的效率首先取决于电流密度,其次还取决于充入气体种类、充入气体压强和电路设计。
随着电流密度的增大,辐射效率由25%提高60%。
在电流密度低时,对效率实际起作用的是线性辐射。
由图2可知,只是在很窄的红外谱区,氪灯的相对辐射比氙灯强,其余的光谱区氙灯的相对辐射比氪灯强。
因为氪灯的线性光谱与Nd3+:YA G激光物质的吸收光谱能更好地匹配,所以在连续或低脉冲状态下,氪气比氙气对泵浦Nd3+: YA G更有效,约有7%的输入功率被吸收。
然而,即使在光谱匹配较好的情况下,由于灯的发射光谱范围宽,而激光材料的吸收带较窄,灯的有用泵浦功率与输入到灯的功率之比,也仅为百分之几。
为了改善灯的光谱分布和提高激光器的总体效率,在灯内主要通过掺杂,即在灯内掺入各种成分的气体或易蒸发的固体,使有用谱线辐射增强。
如为提高Nd3+:YA G的泵浦效率,使用氪灯时在灯中加入了10%的氙气。
这样,放电温度降低了,而线性辐射部分增加了。
在电流密度高,放电时间短时,充入原子序数小的惰性气体(氩气,氖气)更有效。
6 寿命为了使灯不致于因输入能量、功率过大而导致损坏,有较长的寿命,灯的负载必须远离极限负载。
即使是这样,使用一段时间后,放电灯的管壁会出现发黑、发白、龟裂等现象,输出下降,着火电压升高,不能正常启动,工作不稳定而丧失使用价值。
如果辐射输出为初始值的80%,即可认为灯的寿命中止。
连续氪灯的寿命用小时衡量,脉冲氙灯的寿命用正常闪光次数量度。
影响氪灯使用寿命的主要因素是电极溅射物或蒸发的沉积物使阴极区发黑,造成灯管严重丧失透明性,发光效率下降。
灯的几何形状、管厚、充气压及管壁冷却状况也对寿命有影响。
国外如:“Hereaus Noblelight”公司称其生产的氪灯的寿命不少于300小时。
与其相比,俄罗斯的氪灯由于负载不同,寿命从200到750小时不等。
脉冲灯的寿命通常由下式来评价: m=(E xE0)8.57这里,E x—爆炸能量,E0—工作能量。
由此式可知,当E0<<E x时,灯有较长的工作寿命。
通常把输入能量选在爆炸能量的40%以下。
这个公式没有考虑灯损耗时电极和发光辐射的作用,因此实际上按公式计算的结果有偏差。
特别是在E x/E0负载因子很大时,寿命也偏短。
因此,脉冲灯在高重频下工作(工作能量E0小)或者脉冲持续期长(爆炸能量E x 大)时,提高其寿命还有很大的潜力。
提高泵浦灯的寿命是以研究外壳和电极的损坏过程为基础。
灯主要有四种损坏形式:(1)由于光辐射染色,外壳的透过率降低。
(2)在光参数无明显变化时突然损坏。
(3)由于外壳材料的二氧化硅物理—化学分解,如放电焦耳热引起管壁蒸发、析晶、分解,导致积分光强度下降和灯损坏。
(4)由于电极物质在强电流作用下会熔解溅射,沾污在管壁上,形成不透明的薄膜。
主要损坏形式间的关系取决于外壳的表面负载。
第(1)种损耗是在表面负载相对较小,小于100W/cm2时,有光辐射染色。
这时灯的工作性能很好,只是由于积分光强度下降,灯才发生故障。
第(2)种损耗是表面负载为100—200W/cm2,由于在灯的石英外壳产生机械应力而使灯损坏。
现在可以认为,由下列被证实的因素形成这些应力。
等离子体的紫外辐射(确切地说,λ=130-190nm)作用于外壳,在石英管壁上形成内在缺陷,这个缺陷引起在有限的层内材料密度的增加。
形成的一定密度的玻璃层,与主要材料的质量不同,产生了应力。
随着应力的增加,导致灯损坏。
第(3)种和第(4)种损耗过程实际上一直在进行,但损耗速度取决于表面负载,取决于灯外壳和电极的组成和结构。
在表面负载为150-250W/cm2时,灯的寿命既由(2)—(4)过程单独确定,又由灯自身特殊的相互作用所决定。
这样,提高脉冲氙灯寿命,要在脉冲氙灯的制作工艺上采取各种有效措施和选用适宜材料,不断提高脉冲氙灯的质量。
主要途径是使用掺杂石英外壳或者在内表面涂有吸收紫外辐射防护层的外壳时寻找高效的、抗腐蚀的电极材料。
为了提高寿命,在高负载时必须降低外壳与电极间的相互腐蚀。
解决这个问题有两个途径。
第一,提高阴极对腐蚀的稳定性。
第二,靠减少壁厚降低外壳内表面的温度(这时必须考虑灯的机械强度下降),以及减少外壳或掺杂石英外壳内表面的杂质浓度。
7 结束语泵浦灯的优点很多,如制作工艺较为简单,使用方便,适用范围广,能在脉冲或连续状态下工作等,但也有不足之处,主要是泵浦效率低。
目前作为固体激光器的泵浦源基本上还是采用泵浦灯。
随着激光技术的不断发展,固体激光器的规格品种越来越多,对灯的性能要求也越来越高,越来越严格。
只有不断提高灯的技术性能和可靠性,提高灯的泵浦性能,才能适应固体激光器的发展,从而进一步提高固体激光器的品质。
参考文献1 雷仕湛.激光技术手册.科学出版社.19902 杨臣华等.激光与红外技术手册.国防工业出版社.19903 许长存.固体激光器件.西北电讯学院.19874 и.с.МАРШАКА//Имцулъсныеисточникисвета.19785 ГС.ЛЕОНОВ.лампынакачка//Светотехника.1997.No6(上接第60页)文中介绍不一定全面、准确,如能引起有关人员的关心,也就达到了目的。
上述各种电器只是光电对抗中应用的主要电器,而不是全部。
其中,有些电器的性能并不能满足日益发展的光电对抗需求。
为此,需要有关人员深入了解光电对抗中应用的电器以及它们的性能要求、环境使用条件等等,以便创造出更适合光电对抗应用的电器。