工业用主流激光器概述

CO₂激光器
工作原理
工作物质：CO₂，氮气，氦气
泵浦源
• 电极 • 电子激励氮分子，氮分子与CO₂分子碰撞 • CO₂分子由高能级跃迁至低能级
激励
发射
CO₂激光器
结构组成
放电管在内，储气罐在外，中间为 冷却管
放电 管
输出功率与放电管长度有关
储气 管
激光 管
冷却 管
CO₂激光器
光学谐振腔
平面镜+凹面镜：反射镜镀高反金属膜；透射镜开孔以透 过材料填充
可达6kw
体积较紧凑， 采用水冷
激光切割与焊 接；空间激光 通信；泵浦源
吸收跃迁
可达100w
体积最小，不 需要复杂光路
激光切割与焊 接；空间通信； 泵浦源
结束
两端镀增 透膜
Nd+3:YAG激光器
结构组成
光泵 聚光腔
谐振腔
• 相干光源
• 非相干光源 • 成像式
• 非成像式 • 平面平行腔 • 非稳腔或虚共心腔
• 连续
电源
• 脉冲
Nd+3:YAG激光器
工作特性 采用半导体泵浦，光电转化效率为10%到 25%。 灯泵多为横向泵浦，半导体泵浦可为端面或 是横向泵浦。 端面半导体泵浦光束质量较好；灯泵输出功 率较高。 工业用连续灯泵浦功率最高达到4kw，横向 半导体泵浦可达6kw，利用Q开关，可得到峰值 功率为10Mw的峰值功率。
电源及泵浦
电源：直流电源或高频交流电源 泵浦：横流或是轴流
CO₂激光器
工作特性 电光转换效率5%到15%; 直流激励较易实现，但高耦合功率对电极造 成损伤；高频交流适合大功率激光器，便于 提高功率的同时减小迟钝。 横流便于进行气体冷却，稳定功率；轴流可 以获得较好的光束质量。 高功率激光采用快速轴流，高频激励最高可 达20kw。
电源、工作物质、冷却系统、泵浦、谐振腔 电极 相干或是非相干光 源 半导体激光器
电源的作用也不同，气体利用电极泵浦，wk.baidu.com 体用来给泵浦电源供电。
应用领域及特点
原理
CO₂激光 器 Nd:YAG 激光器 光纤激光 器
碰撞跃迁
输出功率
最高20kw
复杂程度
体积最大，需 要储气瓶
工业应用
激光切割与焊 接
吸收跃迁
光纤激光器
工作原理
工作物质：掺有稀土离子的光纤芯作为增益介质
泵浦源
• 外部光源 • 稀土离子吸收一个光子跃迁至高能级 • 稀土离子跃迁到低能级，发射光子
激励
发射
光纤激光器
结构组成
光泵 耦合器
谐振腔
电源
• 半导体激光器
• 端面成像式 • 侧面聚焦式 • 平面平行腔 • 光栅
• 连续
• 脉冲
光纤激光器
实用激光器概述
主要内容



1、实用主流激光器 2、CO₂激光器 3、Nd:YAG激光器 4、光纤激光器 5、应用领域及特点
实用主流激光器
气体激光器
固体激光器 光纤激光器
• CO₂激光器 • 氩离子激光器
• He-Ne激光器
• Nd:YAG激光器 • 红宝石激光器 • 蓝宝石激光器
• 晶体光纤激光器 • 掺杂光纤激光器
Nd+3:YAG激光器
工作原理
工作物质：掺钕钇铝石榴石（ Nd+3:YAG）
泵浦源
• 外部光源 • Nd+3离子吸收一个光子跃迁至高能级 • Nd+3离子跃迁到低能级，发射光子
激励
发射
Nd+3:YAG激光器
结构组成
圆棒或方 棒
功率随棒 长与端面 面积增加
Nd+3:YAG 晶体
端面平面、 倾斜、布 儒斯特角
工作特性 采用半导体激光泵浦，对高掺杂Nd+3 光纤， 泵浦光100w，输出光可达30w，光光转化效 率达56%。 光纤激光器多为半导体端面泵浦，可达到 更高效率。 光学耦合系统的性能对激光器效率有很大 影响。 对于集成度更高的应用可在光纤端面制成 光栅形成谐振腔。
应用领域及特点
结构对比
CO₂激光器 Nd：YAG激光器 光纤激光器