光电子技术_ch4激光器种类及其特性

效率高 ---大部分的气体激光器既能连续工作又能脉冲工作。目前， CO2激光器的电光转换效率已达到25％，而 CO激光器在低温条件 下可达到50％。
谱线范围宽 ---目前有数百种气体和蒸气可以产生激光，已经观测 到的激光谱线近万余条，谱线覆盖范围从亚毫米波到真空紫外波段， 甚至 X射线、射线波段。
封离式CO2激光器结构示意图
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4.2 气体激光器 4 激光器种类和特性
与产生激光有关的CO2分子能级图
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4.2 气体激光器 4 激光器种类和特性
Ar+离子激光器
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 下图所示为石墨放电管的分段结构 。
分段石墨结构Ar+激光器示意图
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4.2 气体激光器 4 激光器种类和特性
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4.2 气体激光器 4 激光器种类和特性
气体激光器的输出特性
输出功率大 ---气体激光器容易实现工作物质的大体积均匀分布， 且工作物质的流动性好，因此能获得很大功率输出。例如高功率电 激励CO2激光器连续输出功率已达数万瓦以上 。
分子（准分子）---产生激光作用的是没有电离的气体分子，所采用 的分子气体有： CO、N2、 O2、 CO2、N2O和水蒸气等；准分子激 光器的工作气体在常态下为原子，当受到激发时，可暂时形成寿命 很短的分子，称为准分子，这种分子也能产生激光。常采用的准分 子有：Ar2*、Xe2*、XeF*、KrF*、ArF*、XeCl*、XeBr*、XeO*、KrO* 等。
除放电激励外，还可用电子枪产生的高速电子去激励气体，使之跃 迁到高能级，这称为电子束激励。
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4.2 气体激光器 4 激光器种类和特性
氦-氖(He-Ne)激光器
He-Ne激光器可以分为内腔 式、外腔式和半内腔式三 种，如右图所示。
He-Ne激光器是典型的四能 级系统。
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4.4 固体激光器 4 激光器种类和特性
稀有气体与卤素气体的不同组合所得激光波长不同
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4.3 液体激光器 4 激光器种类和特性
激光工作物质为液体的激光器： 这种激光器又可分为无机液体激光器和有机液体激光器。
其中最重要的一类是染料激光器．其主要优点是：波长连续 可调(调谐范围从紫外到红外)、价格低、增益高、输出功率 可与固体和气体激光器相比、效率较高、激光均匀性好、制 备容易、可以循环操作、利于冷却。典型的例子是若丹明6G 染料激光器，溶剂为乙醇。激光调谐范围为564~607nm。
染料激光器多使用光泵浦，泵浦源波长稍短于激光器输出 波长，泵浦源有①横向泵浦，泵浦光束与染料激光束垂直； ②纵向泵浦，泵浦光束与染料激光束同轴；③倾斜人射式泵 浦，泵浦光束与染料激光束成—‘锐角。染料激光器结构可 分为脉冲激光激励型和连续激光激励型。
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按辐射特征分：连续、脉冲； 按光谱范围分：可见光谱、远红外光谱、紫外光谱等； 按能级分：三能级系统、四能级系统。
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1.4 典型激光器介绍
气体激光器的分类
原子---产生激光作用的是没有电离的气体原子，所采用的气体主要 是 氦、氖、氩、氪、氙等惰性气体，有时也采用氯、溴、碘、氮、 硫、碳、氧等原子气体，或铯、镉、铜、锰、锡等金属原子蒸气。
离子---利用电离后的气体离子产生激光作用，主要有惰性气体离子 和金属蒸气离子。离子激光器的典型代表是氩离子(Ar+)和氦-镉 (He-Cd)离子激光器
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4.2 气体激光器 4 激光器种类和特性
气体激光器的工作原理
电激励---气体放电 在高电压下，气体分子发生电离导电(叫做气体放电)，被电场 加速的电子与气体原子(或分子、离子)碰撞，使后者激发到高 能级，形成粒子数反转，这一过程称为放电激励。 气体放电可采用直流或交流的连续放电、射频放电(高频放电)、 脉冲放电等形式。直流和交流放电又分为纵向放电和横向放电 两种。
4、准分子气体激光器
准分子激光器的工作物质为稀有气体或稀有气体与卤素气体的混合 气体，这是一类工作在紫外波长段的高效脉冲激光器，通常作为分光、 激光加工、光刻的光源。一般情况下，稀有气体是非常稳定的，很难与 其他原子结合形成分子，但一旦被激发后．气体性质发生变化，易与其 他原子结合形成分子，这样形成的分子称为准分子。准分子在激发态很 稳定，而在基态不稳定，会立即被分解，使基态准分子数非常少，因而 可获得理想的反转分布。
光电子技术
Optoelectronics Technique
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4.1 激光器分类 4 激光器种类和特性
激光器分类
按工作物质分：固体（Nd：YAG）、气体（He-Ne、 CO2）、液体、染料、半导体、自由电子等；
按泵浦方式分：光泵浦、电泵浦、化学能泵浦、热泵 浦等、磁泵浦；
光束质量优---工作物质均匀一致保证了气体激光束的优良光束质量， 在光束的相干性、单色性方面优于固体、半导体激光器，如He-Ne 激光的单色性很高，Δλ很容易达到10-9～10-11nm，其发散角只有 l～2毫弧度。
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4.2 气体激光器 4 激光器种类和特性
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4.2 气体激光器
He-Ne激光器
4 激光器种类和特性
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4.2 气体激光器 4 激光器种类和特性
二氧化碳激光器
下图是一种典型的结构示意图。构成CO2激光器谐振腔的两个反射 镜放置在可供调节的腔片架上，最简单的方法是将反射镜直接贴在 放电管的两端。