固体激光器

图7.1.3 椭圆柱聚光腔
一、固体激光器的基本结构及工作物质
2 Nd3＋:YAG激光器 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。
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7.1.3所示。 它属于四能级系统。
一、固体激光器的基本结构及工作物质
1 红宝石激光器 工作物质为 Al2O3＋ Cr2O3，Cr3＋决定光谱性能，红 宝石激光器为三能级系统，从红宝石中铬离子的能级 结构图（7.1.2）
图7.1.2 红宝石中铬离子的能级结构图
优缺点：阈值高、温度效应非常严重、室温下不适 于连续和高重复率工作。
二、固体激光器的泵浦系统
图7.1.6 板条形固体激光器结构示意图
三、固体激光器的输出特性
2
转 换 效 率
定义：激光输出与泵浦灯的电输入之比 连续激光器(用功率描述)表示为：
t
Pout Pth 21 1 Lcab1cou Pin P in p
脉冲激光器(用能量描述)表示为：
t
Eout Eth 21 1 Lc ab1cou Ein Ein p
三、固体激光器的输出特性
1 固体激光器的激光脉冲特性 一般的脉冲固体激光器产生的激光脉冲是由一
连串不规则振荡短脉冲(或称尖峰)组成的。
各个短脉冲的持续时间约为(0.11)s； 各短脉冲之间的间隔约为(510) s ； 特点：泵浦光越强，短脉冲数目越多，其包络 峰值并不增加。
固体激光工作物质是绝缘晶体，一般都采用光泵浦激
励。泵浦光源应当满足两个基本条件。 由泵浦灯在空间辐射的全方位性，常将工作物质加
工成圆柱棒形状，且采用聚光腔来保证泵浦灯发出的光 能完全聚到工作物质上。
图7.1.4所示的椭圆柱聚光腔 是小型固体激光器中最常采用 的聚光腔，它的内表面被抛光 成镜面，其横截面是一个椭圆。
四、新型固体激光器
1 半导体激光器泵浦的固体激光器
可分为7.1.5(a) 端泵浦方式和图7.1.5(b) 侧泵浦方式
图7.1.5 半导体激光器泵浦的固体激光器
优点：可结构紧凑、寿命长、稳定性强、体积小、 热效应小、更加环保等
四、新型固体激光器
2 可调谐固体激光器
色心激光器 可调谐激光器（用掺过渡族金属离子的激光晶 体制作）
优点：阈值低和具有优良 的热学性质，这就使得它适 于连续和高重复率工作。
图7.1.4 Nd3＋:YAG的能级结构
二、固体激光器的泵浦系统
固体激光器的泵浦系统还要冷却和滤光。常用 的冷却方式有液体冷却、气体冷却和传导冷却等， 其中以液冷最为普遍。
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。
固体激光器
一、固体激光器的基本结构与工作物质
1
基本构成
不同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7.1.1 固体激光器的基本结构
图 7.1.1 是长脉冲固体 激光器的基本结构示意图 (其中冷却、滤光系统未画 出)。固体工作物质是固体 激光器的核心。
影响工作特性的关键是工作物质的光谱特性。最 常用的是红宝石和掺Nd3+激光器。
3 高功率固体激光器 高功率固体激光器主要是指输出平均功率在几
百瓦以上的各种连续、准连续及脉冲固体激光器， 它一直是军事应用和激光加工应用所追求的目标。
四、新型固体激光器
4 板条形固体激光器 从二十世纪七十年代起开始研制的板条形固体
激光器，就是针对克服工作物质中的热分布及其引 起的一系列如折射率分布、应力双折射等固有矛盾 而提出的一种结构方案，其结构如图7.1.6所示。