欣天激光向您介紹固體激光器的詳細細節

固體激光器用固體激光資料作為作業物質的激光器。1960年,T.H.梅曼創造的紅寶石激光器即是固體激光器,也是世界上第一台激光器。固體激光器通常由激光作業物質、鼓勵源、聚光腔、諧振腔反射鏡和電源等有些構成。

這類激光器所選用的固體作業物質,是把具有能發生受激發射效果的金屬離子摻入晶體而製成的。在固體中能發生受激發射效果的金屬離子首要有三類:(1)過渡金屬離子(如Cr3+);(2)大多數鑭係金屬離子(如Nd3+、Sm2+、Dy2+等);(3)錒係金屬離子(如U3+)。這些摻雜到固體基質中的金屬離子的首要特點是:具有比較寬的有用吸收光譜帶,比較高的熒光功率,比較長的熒光壽數和比較窄的熒光譜線,因此易於發生粒子數回轉和受激發射。用作晶體類基質的人工晶體首要有:剛玉(NaAlSi2O6)、釔鋁石榴石(Y3Al5,O12)、鎢酸鈣(CaWO4)、氟化鈣(CaF2)等,以及鋁酸釔(YAlO3)、鈹酸鑭(La2Be2O5)等。用作玻璃類基質的首要是優質矽酸鹽光學玻璃,例如常用的鋇冕玻璃和鈣冕玻璃。與晶體基質比較,玻璃基質的首要特點是製備便利和易於取得大尺度優質資料。關於晶體和玻璃基質的首要要求是:易於摻入起激活效果的發光金屬離子;具有傑出的光譜特性、光學透射率特性和高度的光學(折射率)均勻性;具有適於長時間激光作業的物理和化學特性(如熱學特性、抗劣化特性、化學穩定性等)。晶體激光器以紅寶石(Al2O3:Cr3+)和摻釹釔鋁石榴石(簡寫為YAG:Nd3+)為典型代表。玻璃激光器則是以釹玻璃激光器為典型代表。

作業物質

固體激光器的作業物質,由光學通明的晶體或玻璃作為基質資料,摻以激活離子或其他激活物質構成。這種作業物質通常應具有傑出的物理-化學性質、窄的熒光譜線、強而寬的吸收帶和高的熒光量子功率。

玻璃激光作業物質簡單製成均勻的大尺度資料,可用於高能量或高峰值功率激光器。但其熒光譜線較寬,熱功能較差,不適於高平均功率下作業。常見的釹玻璃有矽酸鹽、磷酸鹽和氟磷酸鹽玻璃。80年代前期,研製成功折射率溫度係數為負值的釹玻璃,可用於高重複頻率的中、小能量激光器。

晶體激光作業物質通常具有傑出的熱功能和機械功能,窄的熒光譜線,但取得優質大尺度資料的晶體成長技能雜亂。60年代以來已有 300種以上摻入各種稀土金屬或過渡金屬離子氧化物和氟化物晶體完成了激光振動。常用的激光晶體有紅寶石(Cr:Al2O3,波長6943埃)、摻釹釔鋁石榴石(Nd:Y3Al5O12,簡稱Nd:YAG,波長1.064微米)、氟化釔鋰(LiYF4,簡稱YLF;Nd:YLF,波長1.047或1.05微米;Ho:Er:Tm:YLF,波長2.06微米)等。

1973年以來又有一類自激活激光晶體。它的激活離子是晶體的一個化學組分,因此激活離子濃度高,不致發生熒光猝滅。這種晶體的激光增益高,抽遠閾值低。首要種類有五磷酸釹(NdP5O14)、四磷酸鋰釹(NdLiP4O12)和硼酸鋁釹(NdAl3(BO4)3)等。它們多用熔鹽法成長,晶體尺度小,可用於小型固體激光器。

已研製成的還有多種具有寬帶熒光特性的可調諧激光晶體,如終端聲子躍遷的金綠寶石(Cr:BeAl2O4,波長0.701~0.815微米,室溫作業)、摻鎳氟化鎂(Ni:MgF2,波長1.6~1.8微米,低溫作業)、5d→4f 躍遷的摻鈰氟化釔鋰(Ce:YLF,波長0.306~0.315微米,用準分子激光器鼓勵,室溫作業)和堿鹵化物的色心激光晶體(不摻雜或摻雜的氯化鉀、氟化鋰等,波長0.8~3.9微米,大多在低溫下作業)。

鼓勵源

固體激光器以光為鼓勵源。常用的脈衝鼓勵源有充氙亮光燈;接連鼓勵源有氪弧燈、碘鎢燈、鉀銣燈等。在小型長壽數激光器中,可用半導體發光二極管或太陽光作鼓勵源。一些新的固體激光器也有選用激光鼓勵的。

固體激光器因為光源的發射光譜中隻要一有些為作業物質所吸收,加上其他損耗,因此能量變換功率不高,通常在千分之幾到百分之幾之間。

特性

固體激光器可作大能量和高功率相幹光源。紅寶石脈衝激光器的輸出能量可達千焦耳級。經調 Q和多級擴大的釹玻璃激光體係的最高脈衝功率達10瓦。釔鋁石榴石接連激光器的輸出功率達百瓦級,多級串接可達千瓦。

固體激光器運用Q開關技能(見光調製),能夠得到納秒至百納秒級的短脈衝,選用鎖模技能可得到皮秒至百皮秒量級的超短脈衝。

因為作業物質的光學不均勻性等緣由,通常固體激光器的輸出為多模。若選用光學均勻性好的作業物質和采納精心設計諧振腔等技能措施,可得到光束發散角挨近衍射極限的基橫模(TEM00)激光,還可取得單縱模激光。

使用和趨勢

固體激光器在軍事、加工、醫療和科學研討範疇有廣泛的用處。它常用於測距、盯梢、製導、打孔、切開和焊接、半導體資料退火、電子器材微加工、大氣檢測、光譜研討、外科和眼科手術、等離子體確診、脈衝全息照相以及激光核聚變等方麵。固體激光器還用作可調諧染料激光器的鼓勵源。

固體激光器的發展趨勢是資料和器材的多元化,包含尋求新波長和作業波長可調諧的新作業物質,進步激光器的變換功率,增大輸出功率,改進光束質量,緊縮脈衝寬度,進步可靠性和延伸作業壽數等。 

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