激光器的基本结构
半导体激光器工作原理及基本结构
工作三要素：
01
受激光辐射、谐振腔、增益大于等于损耗。
02
半导体激光器工作原理
02
在材料设计时，考虑将p区和n区重掺杂等工艺，使得辐射光严格在pn结平面内传播，单色性较好，强度也较大，这种光辐射叫做受激光辐射。
条形结构类型
从对平行于结平面方向的载流子和光波限制情况可分为增益波导条形激光器(普通条形)和折射率波导条形激光器(掩埋条形、脊形波导)。
”
增益波导条形激光器 (普通条形)
特点：只对注入电流的侧向扩展和注入载流子的侧向扩散有限制作用，对光波侧向渗透没有限制作用。 我们的808大功率激光器属于这种结构：把p+重掺杂层光刻成条形，限制电流从条形部分流入。但是在有源区的侧向仍是相同的材料，折射率是一样的，对光场的侧向渗透没有限制作用，造成远场双峰或多峰、光斑不均匀，同时阈值高、光谱宽、多纵摸工作，有时会出现扭折问题。
半导体激光器材料和器件结构
808大功率激光器结构
采用MOCVD方法制备外延层，外延层包括缓冲层、限制层、有源层、顶层、帽层。有源层包括上下波导层和量子阱。
有源层的带隙比P型和N型限制层的小，折射率比它们大，因此由P面和N面注入的空穴和电子会限制在有源区中，它们复合产生的光波又能有效地限制在波导层中。大大提高了辐射效率。
最上面的一层材料（帽层）采用高掺杂，载流子浓度高，目的是为了与P面金属电极形成更好的欧姆接触，降低欧姆体激光器器件制备
大片工艺包括：材料顶层光刻腐蚀出条形、氧化层制备光刻、P面和N面电极制备、衬底减薄。 条形结构：在平行于结平面方向上也希望同垂直方向一样对载流子和光波进行限制，因此引进了条形结构。 条形结构的优点： 1. 使注入电流限制在条形有源区内，限制载流子的侧向扩散， 使 阈值电流降低； 2. 有源区工作时产生的热量能通过周围四个方向的无源区传递而逸散，提高器件的散热性能； 3. 有源区尺寸减小了，提高材料均匀的可能性； 4. 器件的可靠性提高、效率提高、远场特性改善。
光纤激光器的基本结构
光纤激光器的基本结构光纤激光器是一种利用光纤作为激光介质的激光器。
它具有高效率、高稳定性、小体积等优点，被广泛应用于通信、医疗、材料加工等领域。
其基本结构包括泵浦源、光纤增益介质、反射镜和输出窗口。
1. 泵浦源泵浦源是光纤激光器中最重要的组成部分之一，其作用是提供能量给增益介质，使其产生受激辐射。
常用的泵浦源有半导体激光器和二极管激光器两种。
半导体激光器是一种将电能转化为光能的器件，其工作原理是利用半导体材料中的电子与空穴复合时释放出能量的过程来产生激光。
半导体激光器具有小体积、高效率等特点，但其输出功率有限。
二极管激光器也是一种将电能转化为光能的器件，与半导体激光器相比，二极管激光器具有更高的输出功率和更广阔的工作范围。
因此，二极管激光器是目前光纤激光器中常用的泵浦源。
2. 光纤增益介质光纤增益介质是光纤激光器中产生受激辐射的关键部分。
常用的增益介质有掺铒、掺镱等元素的光纤。
掺铒光纤是一种将铒元素掺杂进石英玻璃中制成的光纤，其主要特点是在1.5微米波段具有较高的增益。
掺镱光纤则是将镱元素掺杂进石英玻璃中制成的光纤，其主要特点是在1.06微米波段具有较高的增益。
3. 反射镜反射镜是将激光产生并放大后反射回来形成激射束束流线的关键部分，通常由高反膜和低反膜组成。
高反膜可以使得大部分激发后发出来的能量被反射回去，而低反膜可以使得少量能量通过，从而形成激射束束流线。
4. 输出窗口输出窗口是将激射束束流线从光纤内部输出的关键部分，通常由透明的玻璃或石英制成。
输出窗口可以使得激射束束流线从光纤内部顺利输出，并保护光纤不受外界环境的影响。
总之，光纤激光器的基本结构包括泵浦源、光纤增益介质、反射镜和输出窗口。
这些组成部分相互配合，共同完成了将泵浦能量转化为激射束束流线的过程。
随着科技的不断发展，光纤激光器在各个领域中的应用前景也越来越广阔。
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。
光纤激光器的基本结构和工作原理
光纤激光器的基本结构和工作原理一、光纤激光器的基本结构光纤激光器是一种利用光纤作为光学谐振腔的激光器。
它由光纤、泵浦光源、谐振腔和输出耦合器件组成。
1. 光纤：光纤作为光传输的介质，具有较高的光学质量和较低的损耗。
它通常由二氧化硅或氟化物等材料制成。
2. 泵浦光源：泵浦光源是提供激发能量的装置，常见的泵浦光源有半导体激光器、氘灯等。
泵浦光源通过能级跃迁将电能转化为光能，将光纤中的掺杂物激发至激发态。
3. 谐振腔：谐振腔是产生激光放大的空间，由两个反射镜构成，其中一个是部分透射的输出耦合镜。
谐振腔中的光纤被反射镜反射多次，形成光学谐振，增强光的幅度。
4. 输出耦合器件：输出耦合器件是将放大的激光从谐振腔中输出的装置，常见的输出耦合器件有反射镜、光栅等。
它通过调节输出耦合器件的透射率，实现激光的输出。
二、光纤激光器的工作原理光纤激光器的工作原理是基于激光的受激辐射过程。
其工作过程主要可以分为三个步骤：泵浦、光放大和激射。
1. 泵浦：泵浦光源产生的高能量光通过耦合装置输入光纤，激发光纤中的掺杂物（如铥、镱、铍等）的原子或离子跃迁到激发态，形成一个能级反转。
2. 光放大：光纤中的激发态粒子通过受激辐射过程，发射出与泵浦光源相同频率和相干相位的光子。
这些光子经过多次反射，在谐振腔中不断放大，形成光的增强。
3. 激射：当光的增益超过谐振腔的损耗时，光纤激光器开始产生激射。
激射的激光经过输出耦合器件，部分透射出光纤，形成激光输出。
光纤激光器的工作原理可以通过能级图来解释。
在泵浦过程中，泵浦光源提供的能量使得光纤中的掺杂物原子或离子跃迁到激发态。
在光放大过程中，激发态粒子通过受激辐射过程，发射出与泵浦光源相同频率和相干相位的光子。
这些光子通过多次反射，在谐振腔中不断受到增益介质的放大。
当光的增益超过谐振腔的损耗时，光纤激光器开始产生激射，形成激光输出。
光纤激光器具有很多优点，如小型化、高效率、高质量光束、稳定性好等。
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。
co2激光器基本结构
CO2激光器的基本结构包括以下几个主要部分：
1. 激光介质：CO2激光器的激光介质是由碳氢化合物（通常是混合物）组成的。
这些化合物在激发态下能够产生CO2分子的激发态，从而产生激光。
2. 激发源：激发源通常是电子束或者放电电流。
电子束或电流通过激光介质，将能量传递给激光介质中的碳氢化合物，使其激发。
3. 光学腔：光学腔是CO2激光器的一个重要组成部分，它由两个反射镜组成，一个是高反射镜（HR镜），另一个是部分透射镜（OC镜）。
光学腔的作用是将激发产生的光反射回激光介质中，形成光的反馈，从而放大光的强度。
4. 冷却系统：CO2激光器在工作过程中会产生大量的热量，因此需要一个冷却系统来保持激光器的温度在合适的范围内。
冷却系统通常使用水冷或者气冷的方式。
5. 控制系统：控制系统用于控制激光器的工作参数，
如激发源的电流、激光器的频率等。
控制系统还可以监测激光器的工作状态，以确保其正常运行。
以上是CO2激光器的基本结构，不同型号的CO2激光器可能会有一些差异，但基本原理是相似的。
激光原理5.1固体激光器的基本结构与工作物质
f
νGGf (νν)a内8cν221Lf2νlnν2erd1rJ2
J阈
a内
21Llnr1r2
8
22ed
c2
5.4.4 同质结和异质结半导体激光器
5.2.3 Ar+离子激光器
1. Ar＋激光器的结构
➢Ar＋激光器一般由放电管、谐振腔、轴向磁场和回气管等几部分组 成。如图(5-14)所示为石墨放电管的分段结构 。
图(5-14) 分段石墨结构Ar+激光器示意图
2. Ar＋激光器的激发机理
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(5-15)所示
➢图(5-10 )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。
➢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
图(5-10) 与激光跃迁有关的Ne原子的部分能级图
图5-1 固体激光器的基本结构示意图
5.1.1 固体激光器的基本结构与工作物质
2.红宝石激光器 ➢红宝石是在三氧化二铝(A12O3)中掺入少量的氧化铬(Cr2O3) 生长成的晶体。它的吸收光谱特性主要取决于铬离子(Cr3＋)， 如图5-2所示。它属于三能级系统，相应于图5-3的简化能 级模型
图(5-2) 红宝石中铬离子的吸收光谱
图(5-26) PN能带
➢在P-N结上加以正向电压V时，形成结区的两个费米能级E
F
和E
F
，称为准费米能
级，如图(5-27)。
图(5-27) 正向电压V时形成的双简并能带结构
激光器产生激光的三个基本结构
激光器产生激光的三个基本结构一、引言激光器是一种能够产生单色、高亮度、几乎无散射的光束的装置，广泛应用于科学研究、医疗、通信等领域。
激光器的基本结构有三种，分别是气体激光器、固体激光器和半导体激光器。
本文将详细介绍这三种激光器的基本结构及其工作原理。
二、气体激光器1. 气体激光器的基本结构气体激光器由放电管和反射镜组成。
放电管是一个密闭的玻璃管，内部填有稀薄气体（如氦氖气），两端分别安装有高压电极和低压电极。
反射镜则是由两个平面镜或球面镜组成，其中一个反射镜具有一定透过率。
2. 气体激光器的工作原理当高压电极加上高电压时，放电管内的气体被电离，形成等离子体。
等离子体中的自由电子通过碰撞使得氦原子发生受激辐射，产生激光。
激光在反射镜间来回反射，形成一个稳定的激光束。
3. 气体激光器的应用气体激光器广泛应用于科学研究、医疗、通信等领域。
其中，二氧化碳激光器被广泛应用于工业加工领域，如切割、焊接和打孔等。
三、固体激光器1. 固体激光器的基本结构固体激光器由放电管和固态材料组成。
固态材料通常是掺有特定元素（如钕）的晶体或玻璃材料。
放电管则是一个密闭的腔体，内部填有闪烁物质（如氙气），两端分别安装有高压电极和低压电极。
2. 固体激光器的工作原理当高压电极加上高电压时，放电管内的闪烁物质被电离，形成等离子体。
等离子体中的自由电子通过碰撞使得掺杂元素发生受激辐射，产生激光。
激光在固态材料中来回反射，形成一个稳定的激光束。
3. 固体激光器的应用固体激光器广泛应用于科学研究、医疗、通信等领域。
其中，钕掺杂的固态激光器被广泛应用于医疗领域，如眼科手术和皮肤美容等。
四、半导体激光器1. 半导体激光器的基本结构半导体激光器由PN结和反射镜组成。
PN结是由P型半导体和N型半导体组合而成的结构，反射镜则是由两个端面反射镜组成。
2. 半导体激光器的工作原理当PN结加上正向电压时，电子从N型区域流向P型区域，与空穴复合产生辐射能量，产生激光。
dmz激光器原理
DMZ（Demilitarized Zone，非军事区）激光器是一种高功率激光器，具有广泛的应用领域，包括军事、医疗、工业等。
它的激光输出功率高、能量密度大、光束质量好，因此备受关注。
在本文中，我将详细介绍DMZ激光器的工作原理。
一、DMZ激光器的基本结构DMZ激光器的基本结构由三个主要部分组成：激光介质、泵浦源和谐振腔。
1. 激光介质：激光介质是产生激光放大的关键组件。
常见的DMZ激光器采用固态激光介质，如Nd:YAG（钕掺杂氧化铝钇）晶体。
该材料具有较高的抽运效率和较长的寿命。
2. 泵浦源：泵浦源是提供能量给激光介质的装置。
常见的泵浦方式包括光泵浦、电泵浦和化学泵浦。
其中，光泵浦是最常用的方式，通过高功率激光器或闪光灯等外部光源输入能量，使激光介质吸收能量并处于激发态。
3. 谐振腔：谐振腔是形成激光放大的闭合空腔。
它由两个平行的反射镜构成，其中一个具有高反射率，另一个具有较低的反射率。
这种结构可以实现光的来回反射，从而形成光的放大效应。
二、DMZ激光器的工作原理DMZ激光器的工作原理可以分为以下几个步骤：1. 泵浦阶段：在这个阶段，泵浦源输入能量到激光介质中。
光泵浦方式下，高功率激光束通过一个光学系统聚焦到激光介质上，使其吸收能量并处于激发态。
2. 自发辐射：当激光介质处于激发态时，一部分激发态原子会自发地跃迁到低能级，释放出光子。
这些光子的频率和能量与激光介质的能级结构有关。
3. 反射放大：自发辐射的光子通过谐振腔的高反射镜进行多次来回反射，逐渐积累放大。
在每次通过激光介质时，光子与激光介质中的其他激发态原子相互作用，触发受激辐射，产生相同频率和相位的新光子，从而放大光的能量。
4. 输出激光：当光子在谐振腔中得到足够的放大后，部分光子透过腔体中的半透镜，形成输出激光束。
这个过程称为腔体失谐，通过调整半透镜的角度可以控制输出光的功率和空间分布。
三、DMZ激光器的特点和应用DMZ激光器具有许多独特的特点，使其在各种领域有广泛的应用。
光纤激光器.doc
光纤激光器1、激光器基本结构激光器由三部分组成：泵浦源、增益介质、谐振腔。
图1 激光器基本结构示意图1.1 原子能级间受激吸收与受激辐射E 1E 2E 1E 2受激吸收E=E 1-E 2E1E 1E 2E 2E=E 1-E 2受激辐射E=E 1-E 2E=E 1-E 2图2 受激吸收与受激辐射示意图受激吸收为在能量为E 入射光子的作用下，处在低能级E 1的粒子吸收能量E 跃迁到高能级E 2的过程。
受激辐射为在入射的能量为E 的光子的作用下，处在高能级E 2的粒子受激发，跃迁到低能级E1，同时辐射出与入射光子E状态相同的光子的过程。
1.2激光产生过程如图1，激光器由泵浦源、增益介质、谐振腔组成。
增益介质为主要产生激光的工作物质。
由于粒子处在低能级比处在高能级稳定，因此通常情况下，物质粒子按照玻尔兹曼分布规律分布，即高能级粒子比低能级粒子少。
泵浦源为增益介质提供能量，使增益介质中的低能级粒子吸收能量，受激吸收，向高能级跃迁，使高能级处粒子数高于低能级粒子数，这种分布规律称为粒子数反转分布，使增益介质中积累了大量能量。
当有高能级粒子向低能级自发跃迁并释放出光子时，大量高能级粒子在初始光子作用下受激辐射，释放出大量状态相同，即波长相同、能量相同、方向相同、偏振态的光子。
这种在泵浦源与增益介质共同作用下使初始光子通过受激辐射效应放大而产生的光即为激光。
对特定波长激光全反射的输入镜与对该波长激光部分反射的输出镜构成光学谐振腔。
谐振腔主要有两方面作用：一是提供轴向光波的光学正反馈；二是控制激光震荡模式特性。
由于输出镜具有部分反射率，它可以使通过增益介质放大的光一部分通过透镜射出腔外，获得我们需要的特定波长的激光，另一部分反射回谐振腔，再由于输入镜对激光具有全反率，从而使轴向光波在谐振腔中往返传播，多次通过激活介质，在腔内形成稳定的自激振荡。
由于谐振腔镜只对特定波长的光镀全反射膜和部分反射膜，因此只有特定波长的光能产生自激震荡。
光纤激光器的基本结构
光纤激光器的基本结构光纤激光器是一种基于光纤的固态激光器，具有高效、稳定、可靠等优点，被广泛应用于通信、制造业、医疗等领域。
它的基本结构包括泵浦光源、光纤放大器、光纤反射镜和激光输出光纤。
下面将详细介绍每个部分的结构和作用。
一、泵浦光源泵浦光源是光纤激光器的核心部件，它的作用是提供能量激发光纤中的掺杂物，使其产生激光。
常用的泵浦光源有半导体泵浦二极管、光纤耦合的激光二极管等。
半导体泵浦二极管是最常用的泵浦光源，它的结构由n型和p型半导体材料组成，两端连接金属电极。
当电流流过二极管时，n型和p型半导体之间的结电场使得电子和空穴结合并释放出能量，这种能量被传递到掺杂光纤中，使其产生激光。
光纤耦合的激光二极管是一种将激光通过光纤耦合到掺光纤中的泵浦光源，它的结构由激光二极管、光纤耦合器和掺光纤组成。
二、光纤放大器光纤放大器是光纤激光器中的另一个关键部件，它的作用是将泵浦光源产生的激光放大。
光纤放大器的结构包括掺杂光纤、泵浦光源和光纤反射镜。
当泵浦光源激发掺杂光纤中的掺杂物时，产生的激光被反射到光纤反射镜上，不断地被反射和放大，最终形成高质量的激光输出。
三、光纤反射镜光纤反射镜是将激光反射回掺杂光纤中的镜子，它的结构包括镜头和反射膜。
当激光经过反射膜时，一部分激光被反射回掺杂光纤中，使其不断地被反射和放大，最终形成高质量的激光输出。
四、激光输出光纤激光输出光纤是将产生的激光传输到需要的地方的光纤，它的结构和普通光纤类似。
激光输出光纤的质量对激光器的输出功率和稳定性有很大的影响，因此要选择高质量的光纤。
总的来说，光纤激光器的基本结构包括泵浦光源、光纤放大器、光纤反射镜和激光输出光纤。
这些部件的结构和作用紧密相连，协同工作，才能产生高质量的激光输出。
激光器的基本结构_激光器的基本构造特点【完整解析】
激光器的基本结构_激光器的基本构造特点内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、数控系统、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展.激光器一般包括以下部分。
1、激光工作介质激光的产生必须选择合适的工作介质，可以是常体、液体、固体或半导体。
在这种介质中可以实现粒子数反转，以制造获得激光的必要条件。
显然亚稳态能级的存在，对实现粒子数反转世非常有利的。
现有工作介质近千种，可产生的激光波长包括从真空紫外道远红外，非常广泛。
作为激光器的核心，是由激活粒子（都为金属）和基质两部分组成，激活粒子的能级结构决定了激光的光谱特性和荧光寿命等激光特性，基质主要决定了工作物质的理化性质。
根据激活粒子的能级结构形式，可分为三能级系统（例如红宝石激光器）与四能级系统（例如Er：YAG激光器）。
工作物质的形状目前常用的主要有四种：圆柱形（目前使用最多）、平板形、圆盘形及管状。
2、激励源为了使工作介质中出现粒子数反转，必须用一定的方法去激励原子体系，使处于上能级的粒子数增加。
一般可以用气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发介质原子，称为电激励；也可用脉冲光源来照射工作介质，称为光激励；还有热激励、化学激励等。
各种激励方式被形象化地称为泵浦或抽运。
为了不断得到激光输出，必须不断地“泵浦”以维持处于上能级的粒子数比下能级多。
泵浦源能够提供能量使工作物质中上下能级间的粒子数翻转，目前主要采用光泵浦。
泵浦光源需要满足两个基本条件：有很高的发光效率和辐射光的光谱特性应与工作物质的吸收光谱相匹配。
常用的泵浦源主要有惰性气体放电灯、太阳能及二极管激光器。
其中惰性气体放电灯是当前最常用的，太阳能泵浦常用在小功率器件，尤其在航天工作中的小激光器可用太阳能最为永久能源，二极管(LD)泵浦是目前固体激光器的发展方向，它集合众多优点于一身，已成为当前发展最快的激光器之一。
第1章-典型激光器简介-续分解
• 平坦的EF段。该区域的特点是电流增加,但管压降几乎保 持不变,放电管内出现明暗相间的辉光,称之为正常辉光放 电。辉光放电阶段,由于二次发射的电子随电场的增加而迅 速增加,故当放电管端电压略有增加时,放电电流就增大很 多。辉光放电的电流范围一般在10-4～10-1 A之间
染料激光器主要应用于科学研究、医学等领域,如激光光 谱学、光化学、同位素分离、光生物学等方面。
1966年,世界上第一台染料激光器——由红宝石激光器泵 浦的氯铝钛花青染料激光器问世。
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 (LaserDiod，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。
• 分子激光器中产生激光作用的是未电离的气体分子,激光跃迁 发生在气体分子不同的振-转能级之间。采用的气体主要有 CO2、CO、N2、O2、N2O、H2O、H2 等分子气体。分子激光 器的典型代表是CO2 激光器。
• 准分子激光器。所谓准分子,是一种在基态离解为原子而在激 发态暂时结合成分子(寿命很短)的不稳定缔合物,激光跃迁产 生于其束缚态和自由态之间。采用的准分子气体主要有XeF* 、KrF* 、ArF* 、XeCl* 、XeBr* 等。其典型代表为XeF* 准 分子激光器。
• 半导体激光器广泛应用于光纤通信、光存储、光信息处 理、科研、医疗等领域,如激光光盘、激光高速印刷、全 息照相、办公自动化、激光准直及激光医疗等方面。
• 1962年,世界上第一台半导体激光器———GaAs激光器 问世。
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。
激光器的基本结构
激光器的基本结构激光器是一种可以产生高度聚焦光束的光源。
它的基本原理是利用受激辐射产生的光子相互作用的方式，引起光子数的不断增加，从而形成一个具有高亮度、高单色性和高相干性的激光光束。
这样的光束可以用于医疗、科研、工业制造等许多领域。
而激光器的基本结构则是支撑起这一技术的核心。
根据激光器的结构类型可以分为固体激光器、气体激光器和半导体激光器三类。
固体激光器是指激光材料采用固态，如Nd:YAG激光器、铬掺杂蓝宝石激光器等。
其主要结构由激光器晶体、泵浦源、谐振腔及输出装置组成。
其中激光器晶体是重要的光学增益介质，将泵浦源能量吸收后产生激发态离子，通过在谐振腔中反复传输，激发产生一系列受激辐射，形成一个具有高强度、高单色性、高相干性的激光束。
气体激光器是一种利用气体的非平衡态放电产生激光的装置。
气体激光器的主要结构由放电腔、激光介质管、反射镜组和高压电源组成，其中激光介质管是优选吸气体形式的轴对称管状结构。
当其受到电源供电时，在放电腔内发生气体电离，离子打击激发气体发生非平衡态放电，激励分子发生受激辐射，从而产生激光。
半导体激光器是一种利用半导体材料（如GaAs）制作，产生激光的器件。
其主要结构由多个半导体层组成，包括n型外在电子注入层、p型外在空穴注入层及激光发射层等。
同时，还由一组电极体系控制激光发射的状态。
当载流子在式样中扩散时，由于半导体结的存在，使得电子与空穴的复合产生辐射，进而达到产生激光的效果。
综上所述，三种不同的激光器结构各自具有不同的应用领域。
固体激光器广泛应用于材料加工、环境监测、成像学等方面，气体激光器则应用于气体分析、医学手术等领域。
而半导体激光器，则是随着现代通讯技术的发展而崭露头角，应用于光纤通讯、光电子集成等方面。
激光器的基本结构虽然各不相同，但都是由光学增益介质、泵浦源、谐振腔和输出装置等多个组成部分构成的。
只有我们深入了解每一种激光器结构的工作原理并加以适当应用，才能在相应领域里发挥出更大的作用。
半导体激光器工作原理及基本结构
半导体激光器工作原理及基本结构一、工作原理1.荷豆模型在半导体材料中，价带中的电子和导带中的空穴之间存在禁带。
当在半导体材料中施加电压时，使得导带的电子与价带的空穴之间发生复合，释放出能量。
这些能量释放的过程称为辐射复合，可以产生光子。
2.PN结PN结由P型材料和N型材料构成。
当外加正向偏压时，电子从N区向P区移动，空穴从P区向N区移动。
当电子与空穴发生复合时，会释放能量并产生光子。
这个过程叫做受激辐射。
3. 双异质结狭缝结Laser腔双异质结狭缝结Laser腔是半导体激光器中的关键部分。
它由N型半导体、无掺杂半导体和P型半导体构成。
在P区和N区之间有一个高折射率的无掺杂材料，形成光学腔。
当电流通过激光器时，光子在光学腔中来回多次反射，产生受激辐射，形成激光。
二、基本结构1.顶部光输出窗口顶部光输出窗口是半导体激光器的光输出口，通常由透明的材料制成，如薄膜或外延层。
光通过这个窗口从激光器中输出。
2.激光腔激光腔由双异质结狭缝结Laser腔和P-N结构构成。
当电流通过激光器时，光子在激光腔中来回反射，形成激光。
3.P-N结P-N结由P型半导体和N型半导体构成。
当电流通过P-N结时，激活材料中的电子和空穴，使它们受到激发并产生光子。
4.底部反射镜底部反射镜是反射激光的组件。
它通常由金属反射镜或布拉格反射镜构成，用于增强激光的反射。
除了这些基本结构外，半导体激光器通常还包括P-N结电极、N阳极和P阴极等组件，用于正向偏压激活P-N结并控制电流流动。
总结起来，半导体激光器的工作原理是基于半导体材料的光电特性和电子激发，通过PN结和双异质结狭缝结Laser腔的相互作用来产生激光。
其基本结构包括顶部光输出窗口、激光腔、P-N结和底部反射镜。
半导体激光器具有技术成熟、小型化、高效率和易于集成等优点，是现代光子学和信息技术中不可或缺的重要器件。
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。
光纤激光器的原理与结构
光纤激光器的原理与结构光纤激光器的基本结构通常包括激光泵浦源、光纤增益介质、光纤光栅、输出耦合镜和输出叠层。
其中，激光泵浦源用于提供泵浦能量，光纤增益介质用于增强激光信号，光纤光栅用于选择性反射或抑制光信号，输出耦合镜用于从激光器中输出激光，输出叠层用于优化激光输出。
光纤激光器的工作原理可以通过三能级系统来解释。
在激光器中，活性离子或色心处于一个较低的能级，当外加泵浦光与活性离子或色心相互作用时，它们会吸收能量并跃迁到较高的能级。
在较高能级上，活性离子或色心处于一个不稳定态，它们会在短时间内自发地跃迁回较低的能级。
这个自发跃迁的过程中会释放出一束相干的光子，成为激光。
光纤光栅是光纤激光器中的一个重要组成部分。
它利用光纤的周期性变化把传输光信号中的一些特定波长分离出来。
光纤光栅是由周期性折射率变化构成，当光信号通过光纤光栅时，只有与特定波长匹配的光信号才能被反射或透射出来。
通过调节光纤光栅的参数，可以实现激光波长的选择。
输出耦合镜用于从光纤激光器中输出激光。
输出耦合镜通常是一个反射率小于100%的镜子，它使部分激光能够透过并输出到外界。
输出叠层是用于优化激光输出的一种方法。
它通过在光纤端面上涂覆一层特殊的非反射涂层，逐渐降低激光的反射率，提高激光的输出。
总之，光纤激光器利用激光泵浦源激发光纤中的活性离子或色心，通过光纤光栅选择性反射或抑制光信号，最终通过输出耦合镜和输出叠层来输出激光。
通过调节各个组成部分的参数，可以实现不同波长的激光输出，并广泛应用于通信、医学、材料加工等领域。
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激光器的基本结构
1、激光工作介质激光的产生必须选择合适的工作介质，可以是常体、液体、固体或半导体。
在这种介质中可以实现粒子数反转，以制造获得激光的必要条件。
显然亚稳态能级的存在，对实现粒子数反转世非常有利的。
现有工作介质近千种，可产生的激光波长包括从真空紫外道远红外，非常广泛。
作为激光器的核心，是由激活粒子（都为金属）和基质两部分组成，激活粒子的能级结构决定了激光的光谱特性和荧光寿命等激光特性，基质主要决定了工作物质的理化性质。
根据激活粒子的能级结构形式，可分为三能级系统（例如红宝石激光器）与四能级系统（例如Er：YAG激光器）。
工作物质的形状目前常用的主要有四种：圆柱形（目前使用最多）、平板形、圆盘形及管状。
2、激励源为了使工作介质中出现粒子数反转，必须用一定的方法去激励原子体系，使处于上能级的粒子数增加。
一般可以用气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发介质原子，称为电激励；也可用脉冲光源来照射工作介质，称为光激励；还有热激励、化学激励等。
各种激励方式被形象化地称为泵浦或抽运。
为了不断得到激光输出，必须不断地“泵浦”以维持处于上能级的粒子数比下能级多。
泵浦源能够提供能量使工作物质中上下能级间的粒子数翻转，目前主要采用光泵浦。
泵浦光源需要满足两个基本条件：有很高的发光效率和辐射光的光谱特性应与工作物质
的吸收光谱相匹配。
常用的泵浦源主要有惰性气体放电灯、太阳能及二极管激光器。
其中惰性气体放电灯是当前最常用的，太阳能泵浦常用在小功率器件，尤其在航天工作中的小激光器可用太阳能最为永久能源，二极管(LD)泵浦是目前固体激光器的发展方向，它集合众多优点于一身，已成为当前发展最快的激光器之一。
LD泵浦的方式可以分为两类，横向：同轴入射的端面泵浦；纵向:垂直入射的侧面泵浦。
LD泵浦的固体激光器有很多优点，寿命长、频率稳定性好、热光畸变小等等，当然最突出的优点是泵浦效率高，因为它泵浦光波长与激光介质吸收谱严格匹配。
3、聚光系统聚光腔的作用有两个，一个是将泵浦源与工作物质有效的耦合；另一个是决定激光物质上泵浦光密度的分布，从而影响到输出光束的均匀性、发散度和光学畸变。
工作物质和泵浦源都安装在聚光腔内，因此聚光腔的优劣直接影响泵浦的效率及工作性能。
椭圆柱聚光腔是目前小型固体激光器最常采用的。
4、光学谐振腔：由全反射镜和部分反射镜组成，是固体激光器的重要组成部分。
光学谐振腔除了提供光学正反馈维持激光持续振荡以形成受激发射，还对振荡光束的方向和频率进行限制，以保证输出激光的高单色性和高定向性。
最简单常用的固体激光器的光学谐振腔是由相向放置的两平面镜（或球面镜）构成。
5、冷却与滤光系统：是激光器必不可少的辅助装置。
固体激光器工作时会产生比较严重的热效应，所以通常都要采取冷却措施。
主要是对激光工作物质、泵浦系统和聚光腔进行冷却，以保
证激光器的正常使用及器材的保护。
冷却方法有液体冷却、气体冷却和传导冷却，但目前使用最广泛的是液体冷却方法。
要获得高单色性的激光束，滤光系统起了很大的作用。
滤光系统能够将大部分的泵浦光和其他一些干扰光过滤，使得输出的激光单色性非常好。
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