常用激光器工作原理报告
激光原理与技术实验报告.doc
激光原理与技术实验报告.doc概述激光技术是一种应用广泛、发展迅速的新技术，在工业、医学、通讯等领域都有着广泛的应用。
本实验旨在了解激光的基本原理，掌握激光器的构造和激光束的生成与测量方法，以及掌握激光的一些基本特性和应用。
实验原理激光是指具有高度纯度、单色性好、方向性和相干性极强的光，其产生和放大是通过受激辐射过程完成的。
具体来说，激光器的工作原理是通过激发介质内的原子或分子，使其受激辐射，在辅助的反射镜的作用下，从而在激光器中形成一束具有极强方向性和相干性的激光。
实验装置实验装置如图所示，主要由He-Ne激光器、反射镜组、光路组件和功率测量仪等组成。
其中，He-Ne激光器是实验的主体部分，可产生波长为632.8nm的激光。
反射镜组是用来控制和调整激光束传输方向、聚焦和扩展等方面的效果。
光路组件包括凸透镜、切向波片、偏振片等，主要用来调整、过滤和分析激光束的偏振状态、强度和相位，以及产生不同的波长和形状的激光束。
功率测量仪主要用来测量激光束的功率、光密度和曲率等参数。
实验步骤1. 准备工作：检查实验装置的连接和安全，确认激光幽灵系统处于正常工作状态，注意保护眼睛。
2. 初步调整：用反射镜组将激光束从He-Ne激光器中传输到实验台上的观测屏幕上，调整反射镜组的位置和角度，以便获得尽可能高的反射率和强度。
3. 改变激光束的偏振状态：加入偏振片，以控制激光束的偏振状态和方向，观察不同偏振状态的激光束在屏幕上的反映情况，了解激光束的偏振特性。
4. 产生不同波长的激光束：加入切向波片和凸透镜组件，改变激光束的相位和波长，观察不同波长激光束在观察屏幕上的差异，掌握不同波长激光束的产生和调制方法。
5. 测量激光束的功率和强度：用功率测量仪测量激光束的功率和光密度等参数，掌握不同位置和距离的激光束的功率和强度变化情况，应用激光干涉和相位空间法等技术分析和处理激光束。
光纤激光 研究报告
光纤激光研究报告1. 引言光纤激光是一种基于光纤技术的激光器，其具有高功率、高效率、高稳定性等优点，被广泛应用于通信、医疗、材料加工等领域。
本文将对光纤激光的原理、应用和发展进行研究和分析。
2. 光纤激光原理光纤激光的原理主要是通过将激发能量传导到光纤芯心中，通过光纤的全反射作用，形成一条具有高能量浓度的光束。
光纤激光的核心部分是光纤芯心和泵浦源。
通过泵浦源向光纤注入大量能量，激发光纤芯心中的活性离子，产生激光。
3. 光纤激光的应用3.1 通信领域光纤激光在通信领域有着重要的应用。
传输速度快、容量大、抗干扰能力强等优点，使光纤激光成为长距离通信的首选技术。
利用光纤激光进行信号传输，可以实现高速、高质量的数据传输。
3.2 医疗领域光纤激光在医疗领域有着广泛的应用。
通过控制光纤激光的能量和焦点，可以实现对病变组织的精确切割和凝固，达到治疗的目的。
同时，光纤激光还可以用于激光治疗、激光手术等医疗操作。
3.3 材料加工领域光纤激光在材料加工领域也是一种非常重要的工具。
光纤激光具有高能量、高密度的特点，激光束的聚焦性良好，可以用于材料的切割、焊接、打孔等工艺。
相比传统的机械加工方法，光纤激光加工更加精细、高效。
4. 光纤激光的发展4.1 光纤激光器的类型光纤激光器根据工作波长和激光输出方式可以分为多种类型，包括连续波光纤激光器、脉冲光纤激光器、超快脉冲光纤激光器等。
4.2 光纤激光器的参数优化为了进一步提高光纤激光器的工作效率和稳定性，研究人员还对光纤激光器的多个参数进行了优化，包括泵浦光源功率、泵浦光纤长度、光纤材料等。
4.3 光纤激光器的发展趋势随着科技的不断进步，光纤激光器在功率、波长、调制速度等方面都得到了提升。
未来的发展趋势是进一步提高功率和效率，降低成本和体积，不断拓展应用领域。
5. 结论光纤激光作为一种基于光纤技术的激光器，具有广泛的应用前景。
在通信、医疗、材料加工等领域都有重要的应用。
随着技术的不断进步，光纤激光器的性能将不断提高，应用领域也会更加广泛。
半导体激光器实验报告
半导体激光器实验报告半导体激光器实验报告引言：半导体激光器是一种重要的光电子器件，具有广泛的应用领域，如通信、医疗、工业等。
本实验旨在通过搭建实验装置，研究半导体激光器的工作原理和性能特点，并探索其在光通信领域的应用。
实验一：激光器的工作原理激光器的工作原理是基于光放大和光反馈的原理。
在实验中，我们使用一台半导体激光器，通过电流注入激发半导体材料，产生光子。
这些光子在激光腔中来回反射，不断受到增益介质的放大，最终形成激光束。
实验装置中的关键组件包括半导体激光器、激光腔、准直器和光探测器。
半导体激光器通过电流注入，激发载流子跃迁，产生光子。
光子在激光腔中来回反射，经过准直器调整光束的方向，最后被光探测器接收。
实验二：激光器的性能特点在实验中，我们测试了激光器的输出功率、波长和光谱宽度等性能指标。
通过改变注入电流和温度等参数，我们研究了激光器的输出特性。
首先，我们测试了激光器的输出功率。
通过改变注入电流，我们观察到激光器输出功率随电流增加而增加的趋势。
然而，当电流达到一定值后，激光器的输出功率不再增加，甚至出现下降。
这是由于激光器的光子数饱和效应和损耗机制导致的。
其次，我们测量了激光器的波长。
通过调节激光腔的长度，我们观察到激光器的波长随腔长的变化而变化。
这是由于激光腔的谐振条件决定了激光器的输出波长。
最后，我们研究了激光器的光谱宽度。
通过光谱仪测量激光器的光谱分布，我们发现激光器的光谱宽度与注入电流和温度有关。
随着注入电流的增加和温度的降低，激光器的光谱宽度变窄，光纤通信系统中要求的窄光谱宽度可以通过适当的调节实现。
实验三：半导体激光器在光通信中的应用半导体激光器在光通信领域有着重要的应用。
我们通过实验研究了激光器在光纤通信中的应用。
首先，我们将激光器的输出光束通过光纤传输。
通过调节激光器的输出功率和波长，我们实现了光纤通信中的光信号传输。
通过光探测器接收光信号，并通过示波器观察到了传输过程中的光信号波形。
各种典型激光器原理(全)
第一节 概述
4)．半导体激光器
半导体激光器也称为半导体激光二极管,或简称激光二极管 (LaserDiode,缩写LD)。由于半导体材料本身物质结构的特 异性以及半导体材料中电子运动规律的特殊性,使半导体激 光器的工作特性有其特殊性。
半导体激光器以半导体材料为工作物质。常用的半导体材料 主要有三类:(1)ⅢA —Ⅴ A 族化合物半导体,如砷化镓 (GaAs)、磷化铟(InP)等。(2)Ⅱ B —ⅥA族化合物半导体, 如硫化镉(CdS)等。(3)ⅣA—ⅥA族化合物半导体,如碲锡铅 (PbSnTe)等。 根据生成pn结所用材料和结构的不同,半导体激光器有同质 结、异质结(单、双)、量子阱等多种类型。 半导体激光器采用注入电流方式泵浦。
第二节 气体激光器
G点所对应的电压叫做弧光着火电压。
过G点后,放电管管压降再次迅速下降,放电电流快速增大,放电管中发 出耀眼的弧光,称之为弧光放电。
弧光放电的GH段呈现出负阻特性,放电不稳定。 HK段为稳定弧光放电阶段,放电电流一般大于10-1A。
辉光放电 高电压、小电流(几毫安至几十毫安)放电,是一种 稳定的自持放电。 He-Ne激光器与CO2 激光器都是工作在辉光放电区域。
第一节 概述
5)．化学激光器 化学激光器是通过化学反应实现粒子数反转从而产生受激光 辐射的。工作物质可以是气体或液体,但目前主要是气体,如 氟化氢(HF)、氟化氚(DF)、氧碘(COIL)等。
化学激光器采用化学能激励。为促成工作物质的化学反应,一 般需采用一些引发措施,如光引发、电引发、化学引发等。
第一节 概述
激励方式 气体激光器一般采用气体放电激励,还可以采用电子束激励、 热激励、化学反应激励等方式。
光纤激光器研究报告
光纤激光器研究报告近年来，随着信息技术的快速发展，光通信和光存储技术的需求不断增加，光纤激光器作为一种重要的光源设备，其研究和应用也越来越受到关注。
本文将从光纤激光器的基本原理、研究现状、应用前景等方面进行探讨。
一、光纤激光器的基本原理光纤激光器是一种利用光纤作为激光介质的激光器。
其基本结构包括光纤、光纤耦合器、泵浦光源、光纤光栅等。
泵浦光源通过光纤耦合器将能量输送到光纤中，光纤光栅则用于调制光纤中的光场，使其产生激光输出。
光纤激光器的输出波长和功率可以通过调节光纤光栅的参数来控制。
光纤激光器的工作原理是基于光纤的增益介质特性。
当泵浦光经过光纤时，会激发光纤中的掺杂物（如铒离子、钕离子等）发生跃迁，产生光子，并激发周围的光子参与共振反馈，形成光纤中的激光场。
光纤激光器具有波长可调、功率稳定、光斑质量好等优点，因此在光通信、激光加工、医学等领域有广泛的应用。
二、光纤激光器的研究现状目前，光纤激光器的研究主要集中在以下几个方面：1.光纤激光器的波长调制技术光纤激光器的波长调制技术是实现光纤激光器波长可调的关键技术之一。
目前，波长调制技术主要包括电光调制、热光调制、机械调制等。
其中，电光调制技术是最常用的一种技术，其原理是利用电场控制光纤光栅的折射率，从而调制激光的波长。
2.光纤激光器的高功率输出技术光纤激光器的高功率输出是实现光纤激光器广泛应用的必要条件之一。
目前，高功率输出技术主要包括多段光纤放大、光纤叠加等。
多段光纤放大技术通过将光纤分成多段进行放大，从而提高激光器的输出功率。
光纤叠加技术则是利用多根光纤叠加的方法，将多个低功率的激光器输出合并成一个高功率的激光器输出。
3.光纤激光器的光学降噪技术光学降噪技术是提高光纤激光器光斑质量的关键技术之一。
目前，光学降噪技术主要包括光纤光栅滤波、光纤光栅反馈等。
其中，光纤光栅滤波技术是将光纤光栅的带通滤波器替换为带阻滤波器，从而实现对光纤激光器输出波长的滤波。
激光器的基本工作原理
激光器的基本工作原理激光器是一种能产生高度相干、单色、高亮度的激光光束的装置。
激光器的基本工作原理可以分为三个步骤：增益介质激发、光放大和反馈。
首先，激光器的工作需要一个具有特殊能级结构的增益介质。
一般来说，固体激光器常用的增益介质是晶体，液体激光器常用的增益介质是染料溶液，气体激光器常用的增益介质是稀有气体混合物。
这些增益介质中，原子或分子的电子由低能级跃迁到高能级时会吸收外界的能量，使得电子在高能级积累。
当有足够多的电子积累在高能级上时，就可以进入激光器的第二个步骤。
第二步骤是光放大。
增益介质中积累的高能级电子会自发地跃迁回低能级，放出能量。
如果将增益介质置于两个平行的反射镜之间，其中一个镜子是部分透明的，光子就会在两个镜子之间多次往返。
当光子经过增益介质时，会与高能级电子相互作用，使得电子从高能级跃迁到低能级，放出能量。
这些能量会在光子的反射中得到增强，使得原本弱小的光信号得以放大。
反射镜的存在保证了光子与高能级电子频繁相互作用，从而增强了光的强度。
第三步骤是反馈。
在增益介质的两端设置反射镜，其中一个镜子是完全反射的，另一个是部分透明的。
在激光器工作时，放大的光子在两个反射镜之间来回反射。
只有当光子与高能级电子相互作用时，才能够从增益介质中得到反馈加强，从而击穿上限，形成激光光束。
这个过程是自持拉锁过程，也就是说，无需外部刺激，只要增益介质中有足够的电子积累在高能级，激光器就能自发地工作。
总结起来，激光器的基本工作原理包括增益介质激发、光放大和反馈。
增益介质吸收能量，使得电子在高能级积累。
然后，这些能级的电子自发地跃迁回低能级，放出能量，经过多次反射和放大后形成激光光束。
反馈机制保证了光子与高能级电子频繁相互作用，从而增加光的强度。
这些工作原理的结合使得激光器成为一种非常重要的光学工具和应用装置。
常用激光器工作原理
➢它Y属A于G中四N能d级3＋系与统激;光产生有关的能级结构如图所示;Nd3＋:YAG 的能级结构
Nd离子浓度： 结晶方向: 端面平面度： 端面平行度： 端面与轴线垂直度： 应用范围：
光学质量:
尺寸公差：
增透膜剩余反射率： 激光特性:
0 11 5at%
<111> ± 5° or <100> ± 5°
5 泵浦灯和工作物质之间 插入滤光器件滤去泵浦光 中的紫外光谱;
椭圆柱聚光腔
5 调Q开关 最简单的q开关就是一个马达连着一个镜子;没对准的时候没有来回往复的光;
可以让高能态粒子的数量慢慢的聚集增多;在对准的瞬间释放;达到很窄而功率 很大的脉冲;
工业上用的比较多的有电光调Q 声光调Q等方式做的q开关;用在进一步压缩 脉冲激光的脉冲或者使连续半导体泵浦的激光晶体输出峰值功率很高的脉冲激 光;方便打标 切割;
激光器各系统的一些基本概念
1 阈值 激光器的阈值与工作物质的种类 谐振腔的损耗系数 泵灯与 YAG 棒之间的匹配等因 素有关; 激光器的阈值受工作物质的种类影响很大 ; YAG 激光器的工作物质 Nd3 +: YAG是四能级系统;阈值较低;
2. 横模与纵摸 横摸描述的是激光光斑上的能量分布情况;横模可以从激光束横截面上的光强分布 看出来; 如图;高斯光束的截面光强分布曲线;中心高;辐向减小;满足高斯分布; 纵模是与激光腔长度相关的;所以叫做纵模;是描述激光频率的; 理论上激光腔内 可以产生无数个等间距频率的光;但由于增益介质只对特定频率谐振频率的光产 生最大增益;其他频率的光被抑制掉;即在谐振时会筛选出符合谐振频率的谐振激 光;这种现象叫做模式竞争; 所以;激光器一般仅输出一个特定频率的激光;
激光原理设计实验报告
激光原理设计实验报告激光（Laser）是一种通过光的放大方式产生高度聚焦、单色、相干光束的装置。
激光的原理设计实验报告如下。
一、实验目的：1. 了解激光的原理和产生方式；2. 学习激光器件的结构和工作原理；3. 掌握激光器的基本性能测试方法。
二、实验器材与材料：1. He-Ne氦氖激光器；2. 实验室实验平台和支架；3. 条纹测量仪；4. 探测器。
三、实验原理：激光是由光子组成的一束光，其产生原理基于三个主要的过程：激发、放大和反射。
具体来说，激光器中的激光介质（如气体、固体或液体）会被外部能量的输入激发，并产生光子。
光子随后经过光学腔的多次反射，逐渐增强并获得高度同步、相干和单色性。
最终，激光束通过输出镜从激光器中发射出来。
四、实验步骤：1. 激活激光器并将其预热；2. 调整激光器的光路径，使光束通过实验平台上的条纹测量仪；3. 使用探测器测量激光束的光强。
五、实验结果与分析：通过实验，我们可以观察到激光束的明亮光点，在满足一定条件下，激光可以成为一条明亮的光线。
六、实验讨论：1. 讨论激光器的结构和工作原理；激光器一般由一个激光介质和一个光学腔组成。
激光介质可以是气体、固体或液体，而光学腔则由两个反射镜组成。
光学腔的一个反射镜是部分透明的，用于将部分光子耗尽，形成激光输出。
当激光器受到外部能量的激发时，激光介质的原子或分子会被激发到较高的能级，并随后通过受激辐射返回基态，产生光子。
光子在光学腔内进行多次反射，逐渐形成一束同步、相干和单色的激光束。
2. 讨论激光束的特性及其应用；激光束具有高度聚焦、单色性、相干性以及高能量密度的特性。
这些特性使得激光在多个领域有广泛的应用，包括激光加工、激光打标、激光医学治疗、激光测距等。
七、实验总结：本实验通过对激光的原理和产生方式的研究，了解了激光器件的结构和工作原理，掌握了激光器的基本性能测试方法。
激光的特性使其在科学研究和实际应用中具有重要的作用，本实验可作为深入学习激光原理的基础。
半导体激光器发光原理及工作原理
半导体激光器发光原理及工作原理半导体激光器是一种利用半导体材料产生激光的器件，广泛应用于通信、医疗、材料加工等领域。
本文将介绍半导体激光器的发光原理和工作原理。
一、半导体激光器的发光原理1.1 激发态电子跃迁：半导体激光器的发光原理是利用半导体材料中的电子和空穴的复合辐射产生激光。
当电子和空穴在PN结区域复合时，会发生能级跃迁，释放出光子。
1.2 光放大过程：在半导体材料中，光子会被吸收并激发更多的电子跃迁，形成光放大过程。
这种过程会导致光子数目的指数增长，最终形成激光。
1.3 反射反馈：半导体激光器内部通常设置有反射镜，用于反射激光，使其在器件内部多次反射，增强激光的光程和功率，最终形成高亮度的激光输出。
二、半导体激光器的工作原理2.1 电流注入：半导体激光器的工作需要通过电流注入来激发电子和空穴的复合。
电流通过PN结区域，形成电子和空穴的复合辐射。
2.2 光放大：在电流注入的情况下，光子会被吸收并激发更多的电子跃迁，形成光放大过程。
这会导致激光的产生和输出。
2.3 温度控制：半导体激光器的工作过程中会产生热量，需要进行有效的温度控制，以确保器件的稳定性和寿命。
通常会采用温控器等设备进行温度管理。
三、半导体激光器的特点3.1 尺寸小：半导体激光器采用微型化设计，尺寸小巧，适合集成在各种设备中。
3.2 高效率：半导体激光器具有高效的能量转换率，能够将电能转换为光能，功耗低。
3.3 快速调制：半导体激光器响应速度快，能够实现快速调制和调节，适用于高速通信和数据传输领域。
四、半导体激光器的应用领域4.1 通信：半导体激光器广泛应用于光通信系统中，用于光纤通信和无线通信的光源。
4.2 医疗：半导体激光器在医疗领域中用于激光手术、激光治疗等，具有精准、无创的特点。
4.3 材料加工：半导体激光器可用于材料切割、打标、焊接等加工领域，具有高精度和高效率的优势。
五、半导体激光器的发展趋势5.1 高功率：未来半导体激光器将朝着高功率、高亮度的方向发展，以满足更多领域的需求。
激光器调研报告
激光器调研报告1. 引言激光器是一种将输入的能量转化为高度定向的、相干的光线输出的装置。
它在众多领域中得到广泛应用，如通信、医疗、制造等。
本文将对激光器的原理、分类、应用以及市场前景进行调研分析。
2. 激光器原理激光器的工作原理是利用激光介质中的受激辐射效应，通过光学共振腔的反射，增强激光的放大，最终得到高度定向的激光束。
激光介质通常包括固体、液体、气体或半导体材料。
3. 激光器分类根据激光介质的不同，激光器可以分类为固体激光器、液体激光器、气体激光器和半导体激光器等。
•固体激光器：利用固体介质（如Nd:YAG等）产生激光，具有高能量、高稳定性和长寿命的特点，常用于科研、医疗和材料加工等领域。
•液体激光器：利用染料溶液作为激光介质，可调谐波长，广泛应用于光谱分析、生物医学和材料加工等领域。
•气体激光器：利用气体（如CO2、氦氖气等）产生激光，具有高功率、高效率和高品质的特点，常用于激光切割、激光焊接等工业应用。
•半导体激光器：利用半导体材料（如GaAs）产生激光，具有小体积、低功耗和长寿命的特点，广泛应用于激光打印、光纤通信等领域。
4. 激光器应用激光器在各个领域中有着广泛的应用。
•通信领域：光纤通信是现代通信技术的基石，激光器作为光源被广泛应用于光纤通信系统中，实现高速、远距离的数据传输。
•医疗领域：激光器在医疗设备中有着重要作用，如激光手术刀、激光治疗仪等，用于手术、皮肤治疗和眼科手术等。
•制造领域：激光器在材料加工中具有精密、高效的特点，常用于激光切割、激光焊接、激光打孔等工艺，应用于金属加工、电子制造等领域。
5. 激光器市场前景激光器市场在过去几年中呈现出快速增长的趋势，未来有着广阔的发展前景。
根据市场研究机构的数据显示，全球激光器市场规模在近年来持续增长，预计将在未来几年内继续保持较高的增长率。
主要驱动因素包括通信技术的不断进步、医疗设备的需求增加和制造业的发展。
同时，随着技术的不断进步，激光器的性能和成本都在不断优化，使得其在各个领域中的应用更加广泛。
常用激光器工作原理
常用激光器工作原理激光器是一种能够产生高度聚光的设备，其工作原理是将能级较高的原子（或分子）处于激发状态，然后由于受到外部刺激，使得它们向较低的能级进行过渡，从而释放出一束高度聚光的光束。
激光器的工作原理涉及到光的放大过程和光的正反馈。
首先，光的放大过程是通过外部能量源将原子（或分子）的能级提高到激发态的过程。
原子的能级从低能级到高能级的跃迁是需要外部能源提供的。
在激光器中，通常通过加热或电子激发等方式来提供能量，使得一部分原子或分子处于激发态。
这些激发态的原子或分子处于不稳定状态，会很快通过非辐射跃迁或辐射跃迁回到较低的能级。
其次，光的正反馈是通过使得辐射跃迁过程受到外部刺激而得以放大的过程。
在激光器中，通过将原子或分子置于合适的光学腔中，使得它们发生自发跃迁，从而产生出来的光与入射的外部光一致。
这样一来，这些发生自发跃迁的光就会受到外部光的刺激而进一步放大，形成一束高度聚光的激光束。
具体而言，激光器的工作过程包括以下几个步骤：1.激发：通过加热或电子激发等方式，将原子或分子置于激发态。
2.辐射跃迁：激发态的原子或分子会通过非辐射或辐射跃迁回到较低的能级，此过程中会释放出一部分能量。
3.自发辐射：激发态的原子或分子在跃迁过程中会自发地产生光子，即发出光。
4.反射：激发态的原子或分子发出的光会通过光学腔的反射被反射回去，与入射的外部光相互作用。
5.受激辐射：激光束通过入射的外部光的刺激，使得激发态的原子或分子进一步释放出光子，并与入射光同频率、相位一致。
6.放大：由于光的反射和受激辐射的作用，激光束不断放大，形成一束高度聚光的光。
7.出射：最终，通过调节腔内和腔外的能量耗散，使得激光从激光器的输出端口出射。
综上所述，激光器工作原理是通过能级跃迁和光的正反馈过程实现的。
通过外部能源的供给，使得原子或分子处于激发态，在反射和受激辐射过程的作用下，激发态的原子或分子释放出光子，并与入射光相互作用和放大，最终形成高度聚光的激光束。
激光器工作原理
激光器工作原理激光器是现代科技中一种非常重要的设备，被广泛应用于医疗、通信、制造等领域。
而要理解激光器的工作原理，首先需要了解激光的本质。
激光是一种特殊的光，与普通光有着明显的区别。
激光的特点是单色性、相干性和高亮度，这使得激光器成为一种独特而强大的工具。
激光器的工作原理可以简单概括为三个步骤：激发、放大和反馈。
首先，激光器通过能量输入来激发介质，使其处于激发态。
这个过程可以通过电流、光或其他方式进行。
在激发态下，介质的原子或分子处于不稳定的能级，容易发生自发辐射。
接下来，放大器将激发态的介质进行放大，使得光子数量增加。
这样就得到了一个具有高亮度的光束。
最后，通过适当的反馈机制，将一部分光子重新注入放大器，使得放大的光不断增加，形成连续的激光输出。
在激光器中，最关键的部件是激光介质。
激光介质可以是固体、液体、气体或半导体等物质。
不同的激光介质具有不同的特点和应用领域。
例如，固体激光器使用晶体或玻璃作为介质，具有较高的输出功率和较小的发散角度，适用于激光切割和激光焊接等高功率应用。
而气体激光器使用气体作为介质，具有较高的单色性和较大的波长范围，适用于激光打标和激光医疗等精细应用。
除了激光介质，激光器还包括泵浦源、光学谐振腔和输出耦合器等组成部分。
泵浦源是提供能量输入的装置，可以是电流、光或化学反应等形式。
光学谐振腔是一个光学反射系统，用于放大光子并形成激光输出。
输出耦合器则是控制激光输出功率和方向的装置。
激光器的输出特性与工作原理密切相关。
激光器的输出功率取决于泵浦源的能量输入和放大器的增益。
通过调节泵浦源的能量和放大器的增益，可以实现不同功率的激光输出。
同时，激光器的输出波长和发散角度也受到光学谐振腔的影响。
通过改变光学谐振腔的长度和反射率，可以实现不同波长和发散角度的激光输出。
激光器的应用非常广泛。
在医疗领域，激光器可以用于激光手术、激光治疗和激光诊断等方面。
在通信领域，激光器可以用于光纤通信和激光雷达等应用。
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。
激光器工作原理
P f = Pi exp( 2 GL ) exp( − 2α L )
（3.2-31）
当激光器处于稳定振荡时，腔内各处的功率为定值，因此经过一次往返回到起 始点的功率与原功率值相等，即净功率增益为 1 Pf Pi =1 （3.2-32）
此时的增益称为阈值增益，由此得阈值增益系数G th 1 （3.2-33） Gth = α = γ − ln R1 R2 2L 上式说明，激光器处于稳定振荡时，增益与损耗相等。 增益与粒子数反转分布相关，对应于阈值增益，有阈值粒子数反转浓度 ∆N th = ( N 2 − N 1 ) th （3.2-34）
c （3.2-14） 2nL 由于受激光工作物质的增益谱限制，并不是所有满足谐振条件的纵模都可 以形成，只有在增益谱内的才能够振荡。 ∆ν m = ν m +1 − ν m =
பைடு நூலகம்
图 3－10
4
3、闭腔 当腔的四周被不同介质包围时，对模式将有很大影响，这种腔称为闭腔。 假设腔为矩形，x、y、z 各方向的边长分别为 a、b、L。 一维情况下，谐振条件为 kL = mπ 将此结果类推到三维情况， 即在腔内三个方 向光场均为驻波。波矢量为 k ，三个方向上 的分量分别为kx、ky、kz。因此光场在腔内 谐振时有 k x a = pπ
6、激光器的工作过程 自激振荡：自发辐射→ 受激辐射→ 振荡平衡 设反射镜M1、M2的反射率为R1、R2, 初始光功率P1。从M1出发，通过光腔 传输。初始时，增益大于损耗。到达M2的光功率
' P 1 = P 1 exp[ L (G − γ )]
（3.2-35）
然后被M2反射，并经过光腔到达M1，光功率为
= q/b p q m ( )2 + ( )2 + ( )2 a b L
皮秒激光器的原理及应用实验报告
皮秒激光器的原理及应用实验报告1. 引言激光技术因其在多个领域中的广泛应用而备受关注。
在现代医学中，皮秒激光器已成为一种重要的工具。
本实验报告旨在介绍皮秒激光器的工作原理以及其在医学领域中的应用。
2. 皮秒激光器的原理皮秒激光器是一种产生皮秒脉冲的激光器。
其原理基于器件中的超连续激光（mode-locked laser）。
2.1 超连续激光超连续激光是一种在时间域上具有极短脉冲宽度的激光。
它可以通过某些器件（如超快激光器）的操作产生。
2.2 皮秒激光器的构成皮秒激光器通常由以下几个部分组成：•脉冲生成器：用于产生超连续激光；•激光放大器：用于放大超连续激光的强度；•调制器：用于调整激光的参数，如频率和强度。
2.3 皮秒激光器的工作原理皮秒激光器的工作原理可以概括如下：1.通过超连续激光器产生皮秒脉冲；2.通过激光放大器放大脉冲的强度；3.通过调制器调整激光的参数；4.输出皮秒激光，供应实验或应用领域。
3. 皮秒激光器的应用皮秒激光器在医学领域中具有广泛的应用。
以下为一些常见的应用领域：3.1 皮秒激光器在皮肤美容中的应用皮秒激光器可用于激光脱毛、皮肤斑点去除和刺青去除等美容项目。
其短脉冲宽度和高峰功率使其在皮肤处理中更加安全和高效。
3.2 皮秒激光器在眼科手术中的应用皮秒激光器可用于角膜成型手术，如激光角膜原位磨镶术（LASIK）。
其高精确性和控制性使其成为一种理想的角膜手术工具。
3.3 皮秒激光器在肿瘤治疗中的应用通过调节皮秒激光的参数，可以针对性地破坏肿瘤细胞，实现肿瘤治疗。
这种方法被广泛用于癌症治疗的研究和实践中。
4. 实验设计与结果本实验旨在验证皮秒激光器在皮肤斑点去除中的应用效果。
4.1 实验步骤1.准备实验样本：收集一定数量的皮肤斑点样本；2.设置实验参数：调整皮秒激光器的频率和强度；3.进行实验操作：对皮肤斑点样本进行激光照射；4.观察效果：观察皮肤斑点是否有减轻或消失。
4.2 实验结果经过实验操作，观察到皮秒激光器在皮肤斑点去除中取得了显著的效果。
激光原理固体实验报告
1. 理解激光的产生原理，掌握固体激光器的工作机制。
2. 熟悉固体激光器的基本组成及其工作过程。
3. 学习使用激光器进行实验操作，观察激光输出特性。
二、实验原理激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）是一种通过受激辐射原理产生的高亮度、单色性好、方向性强的光。
固体激光器是利用固体激光材料作为工作物质的激光器，具有体积小、使用方便、输出功率大等特点。
固体激光器的工作原理如下：1. 激活离子吸收外界能量（如光、电、声等）后，从低能态跃迁到高能态，形成激发态。
2. 激发态的粒子是不稳定的，会自发地回到低能态，同时发出光子，称为自发辐射。
3. 当有外来光子与激发态粒子相遇时，激发态粒子会受激发射，产生与入射光子位相、频率和方向一致的光子，从而实现光的放大。
4. 激光器中的谐振腔使光在激光工作物质中多次往返，光子与激发态粒子发生受激辐射，使光强度不断放大。
三、实验仪器与材料1. 固体激光器（如红宝石激光器）2. 激光功率计3. 激光探测器4. 光谱分析仪5. 激光工作物质（如红宝石晶体）6. 反射镜片7. 光学支架1. 将固体激光器安装在光学支架上，确保激光器稳定。
2. 将激光功率计和激光探测器分别连接到激光器输出端和探测器位置。
3. 打开激光器电源，调节工作物质和反射镜片，使激光输出稳定。
4. 观察激光功率计和激光探测器显示的激光功率和光强。
5. 使用光谱分析仪分析激光光谱，观察激光的波长和线宽。
6. 改变激光器的工作条件，如工作物质温度、泵浦功率等，观察激光输出特性的变化。
五、实验结果与分析1. 激光功率和光强：实验过程中，激光功率计和激光探测器显示的激光功率和光强稳定，说明激光器工作正常。
2. 激光光谱：光谱分析仪显示的激光光谱呈现红宝石激光特有的红色谱线，波长约为694.3nm，线宽较窄，说明激光单色性好。
3. 激光输出特性：改变工作物质温度和泵浦功率，观察激光功率和光强的变化。
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。
激光器的工作原理
凸面向着腔内时(凸镜) Ri＜0。
对于平面镜， R , f 成像公式为:
1 1 1 s s f
s——物距 s´——象距 f ——透镜焦距
2.光腔的稳定条件: (1)条件:使傍轴模(即近轴光线)在腔内往返无限多次不逸
出腔外的条件, 即近轴光线几何光学损耗为零, 其
数学表达式为
L ; R2 R1
故有
∞, g2= 1
0＜g1 g 2＜1
3.凹凸稳定腔:
由一个凹面反射镜和一个凸面反射镜组成的共轴球面
腔为凹凸腔.它的稳定条件是: R1＜0, R2＞L , 且 R1+R2＜L . 或者:R2＞L , R1 ＞R2 L
L
R1
R2
可以证明: 0＜g1 g2＜1. (方法同上)
(二).非稳腔 : g1 g2＞1 或 g1 g2＜0
0 g1 g2 1
(2)据稳定条件的数学形式, 稳定腔:
0 g1 g2 1
非稳腔:
临界腔:
g1 g2 1
或
或
g1 g2 0
g1 g2=0
g1 g2 1
共轴球面谐振腔的稳定图及其分类
一。常见的几类光腔的构成: *(以下介绍常见光腔并学习用作 图方法来表示各种谐振腔)
L L ( R1 L)( R2 L) g1 g 2 (1 )(1 ) R1 R2 R1 R2
面腔称为双凸非稳腔.
R1
R2
L
∵ R1＜0, R2＜0
∴g1 g2＞1
5.平凸非稳腔 由一个凸面反射镜与平面反射镜 组成的共轴球面腔称为平凸腔。平 凸腔都满足g1 g2＞1 。 (三)临界腔: g1 g2 = 0 , g1 g2= 1
激光器原理范文
激光器原理范文激光器是利用镭射作用产生的辐射产生和放大光的装置，是一种产生单色、高亮度、高相干度、以及具有可调谐频率的光的装置。
激光器的原理主要包括三个方面：放大介质、外腔反射和泵浦机制。
激光器的放大介质是产生激光光束的核心部分，常用的激光器放大介质有固体激光器、液体激光器和气体激光器。
固体激光器是最早研制和应用的一种激光器，它使用一些固体材料（如Nd:YAG）作为放大介质，并通过光泵浦的方式来激发材料内原子的能级跃迁，从而实现光的放大和产生激光。
液体激光器是使用一些液体材料（如染料）作为放大介质的激光器，与固体激光器相比，液体激光器具有更宽的谱宽度和更强的吸收特性，因此在一些特定的应用中具有独特的优势。
气体激光器是利用一些气体（如二氧化碳）的分子能级跃迁来产生激光光束的装置，它主要由一个激发源和放大部分组成，激发源用于激发气体分子的能级跃迁，而放大部分用于增强激发源所产生的激光。
激光器的外腔反射是实现激光放大的重要机制，它通过在两侧安装高反射率和低反射率的镜子，形成一个反射腔。
当光从光源发射出来后，根据反射腔的形状和配置，一部分光会在镜子之间多次往返反射，从而增强原始光的强度，并且对波长具有一定的选择性。
这样，在多次反射的作用下，光的强度会不断增加，达到放大的效果。
激光器的泵浦机制是激发介质内原子或分子能级跃迁的过程，从而实现光的放大。
常用的泵浦方式有光泵浦、电子束泵浦和化学泵浦等。
光泵浦是使用外部光源（通常为闪光灯、半导体激光等）照射放大介质，使介质内的原子或分子受到激发，从而发生能级跃迁并产生激光。
电子束泵浦是通过在放大介质中加入电子束，使电子与介质发生碰撞激发，从而实现放大。
化学泵浦则是通过一些化学反应使放大介质内的活性物质被激发，从而实现激光的产生。
总之，激光器的原理是通过合理的泵浦机制和外腔反射配置，使得放大介质内的原子或分子能级跃迁而产生激光，并通过外腔反射的作用使激光逐渐聚焦和增强。
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一. 氦-氖(He-Ne)激光器
1. He-Ne激光器的结构和激发机理 He-Ne激光器可以分为内腔式、外腔式和半内腔式三种，如图所示。
He-Ne激光器的基本结构形式
氦-氖(He-Ne)激光器
1. He-Ne激光器的四能级系统
E4
E4
E3
E2 E1
如图是与产生激光有 关的Ne原子的部分能 级图，Ne原子的激光 上能级是3S和2S能级， 激光下能级是3P和2P 能级。
综述.激光器发光原理
为了维持翻转的粒子数够多，必须有外部的能量把掉下来的原子搬到激发态 上，这就需要脉冲激光（例如接下来要讲到的YAG激光器）中的脉冲氙灯，气 体放电激光（例如氦氖激光器、二氧化碳激光器）中的放电等能量源来提供能 量了。
2.自发辐射与受激辐射 粒子自发地从高能级跃迁到低能级，同时发出一个光子，这一过程叫做自发辐射。
综述.激光器发光原理
激光又名镭射 (Laser), 它的全名是“辐射的受激发射光放大”。 (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) 1、粒子数反转（激光产生的基本条件）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
E2
粒子数反转
E1
h
在通常情况下，处于低能级E1的原子数大于处于高能级E2的原子数，这 种情况得不到激光。为了得到激光，就必须使高能级E2上的原子数目大 于低能级E1上的原子数目，因为E2上的原子多，发生受激辐射，使光增 强）。
若处在高能级的粒子，在一个能量等于两能级之差（E2-E1）的光子作用下，从 高能级跃迁到低能级并发射一个光子，这一过程称为受激辐射。与自发辐射不同， 辐射一定要在外来光作用下发生并发射一个与外来光子完全相同的光子。
综述.激光器发光原理
显然，没有哪个自发辐射光源能达到激光光源的光谱质量。这是因为传统 光源是系统处在各种能级都有的杂乱辐射状态。传统光源的基本特征是宽光 谱分布，随机极化，圆形和不规则的波阵面和较低的色温。 激光的发射原理不同于常规光，不是各种能级加在一起的自发辐射产生的， 而是受激发射，各种能级的原子被泵浦到较高的一个激发态上，由于维持的 时间总体正态分布，大部分原子都在一段极短的时间内掉到同一个较低的能 态上，这种发射方式导致光处在几乎一致的能量水平，也就是我们平常所说 的激光单色性
一.氦-氖(He-Ne)激光器 二.YAG激光器
三.激光损伤阈值
常用激光器与激光损伤阈值简介
综述.一些基本概念
所有的光都是原子、分子能级变化所造成的。这些特定能级差别的吸收和 释放都表现成为特定波长的光。光子射出的能量（焦耳）等于hν，其中h是 普朗克常数，v是辐射的频率，这适用于激光和传统的发光系统。光辐射能量 是在原子从高能态掉到低能态的时候放出。然而，一个原子想发光，首先必 须吸收能量，使得低能态原子被打到高能态，这在激光领域叫做“泵浦， pump”。所有光包括自发和激光需要一定量的能量吸收。
一.固体激光器的基本结构与工作物质
固体激光器基本上都是由工作物质、泵浦系统、谐振腔和冷却、滤光系统构成的。 图5-1是长脉冲固体激光器的基本结构示意图(冷却、滤光系统未画出)。
固体激光器的基本结构示意图
YAG 激光器具有能量大、峰值功率高、结构较紧凑 、牢固耐用等优点, 广泛应 用于工业、国防、医疗、科研等领域。用调Q Nd: YAG 的谐波泵浦的可调谐染 料激光器,具有高功率、窄线宽的特点, 可用于光谱学、激光医疗与生物工程等科
E3
pump
h
hh
E2 E1
He-Ne激光器是典 型的四能级系统， 其激光谱线主要有 三条 : 3S2P 0.6328 2S2P 1.15 3S3P 3.39
下能级E1是基态能级上 能级E3是亚稳态能级下能 级E2不是基态能级而是一 个激发态能级在常温下基 本上是空的。其激励能量要 比三能级系统小得多产生 激光要比三能级系统容易得 多。
工作物质
掺钕钇铝石榴石(Nd3＋：YAG) 工作物质:将一定比例的A12O3、Y2O3，和Nd2O3在单晶炉中进行熔化结晶而 成的，呈淡紫色。它的激活粒子是钕离子(Nd3＋)
YAG中Nd3＋与激光产生有关的能级结构如图所示。 Nd3＋:YAG 的能级结构 它属于四能级系统。
Nd离子浓度： 结晶方向: 端面平面度： 端面平行度：
0.1-1.5at% <111> ± 5° or <100> ± 5° < λ/10@632.8nm ≤ 10"
端面与轴线垂直度：
应用范围： 光学质量:
≤ 5 ′
1.064um脉冲、连续激光器 干涉条纹≤ 0. 25 λ /inch 消光比Ф3-Ф6.35 ≥ 28dB Ф7-Ф10 ≥ 25dB 直径: ±0.05mm 长度: ±0.5mm 切面 : 0.07+0.005/-0.00" at 45° ≤ 0.2% (AR@1064nm) 长脉冲点效率:3.3%(灯泵,20J输入 ), 长脉冲斜效率4.2%
综述.激光器发光原理
光谱能被吸收后，会导致原子由低能级向高能级跃迁，部分跃迁到高能级的原子 又会跃迁到低能级并释放出相同频率单色光谱，但所释放的光谱并无固定方向与 相位，所以尚无法形成激光。 谐振腔的作用是选择频率一定、方向一致的光作最优先的放大，而把其他频率和 方向的光加以抑制。如图，凡不沿谐振腔轴线运动的光子均很快逸出腔外，与工作 介质不再接触。沿轴线运动的光子将在腔内继续前进，并经两反射镜的反射不断往 返运行产生振荡，运行时不断与受激粒子相遇而产生受激辐射，沿轴线运行的光子 将不断增殖，在腔内形成传播方向一致、频率和相位相同的强光束，这就是激光。 为把激光引出腔外，可把一面反射镜做成部分透射的，透射部分成为可利用的激光， 反射部分留在腔内继续增殖光子。
原子是由位于原子中心的原子核和一些微 小的电子组成的，电子在一些特定的可能轨道 上绕核作圆周运动，离核愈远能量愈高；当电 子在这些可能的轨道上运动时原子不发射也不 吸收能量，只有当电子从一个轨道跃迁到另一 个轨道时原子才发射或吸收能量，而且发射或 吸收的辐射是单频的，辐射的频率和能量之间 关系由E=hν给出。为了描述原子中电子的运 动规律，所以提出了能记得概念。原子各个定 态对应的能量是不连续的，这些能量值叫做能 级