激光原理與技術(shù)--第二章激光器的工作原理(已修改)
2025-03-05 10:07 本頁面
【正文】 光信息科學(xué)與技術(shù) 激 光 物 理 激光器的一般原理 2 激光物理 ?1960年第一臺(tái)紅寶石激光器問世后，激光技術(shù)領(lǐng)域迅速發(fā)展 ?已研制成功的激光器不下數(shù)百種，產(chǎn)生激光振蕩的譜線已有幾千條，分布于可見到近紅外區(qū)，通過頻率變換技術(shù)可到紫外區(qū) ?最大連續(xù)輸出功率已達(dá)幾十萬瓦，最高脈沖輸出功率達(dá)百兆兆瓦 ?新的激光器仍在不斷出現(xiàn) 3 國(guó)家點(diǎn)火裝置 4 世界四大高能固體激光器 5 神光系統(tǒng) 6 激光器的構(gòu)成 激光器由三部分組成：工作物質(zhì)、諧振腔和泵浦源 7 工作物質(zhì) ?合適的激光工作物質(zhì)是構(gòu)成一臺(tái)激光器的首要物質(zhì)前提 ?最重要問題是一種物質(zhì)是否有合適的躍遷能級(jí) —— 一般要求上能級(jí) E2的自發(fā)輻射壽命大于下能級(jí)E1自發(fā)輻射壽命 ?固體、氣體、液體和半導(dǎo)體 ?紅寶石 —— 摻鉻氧化鋁晶體 8 泵浦源 ?激光工作物質(zhì)被激活，必須有外界的激勵(lì)作用，外加的激勵(lì)源，即泵浦源。作用是介質(zhì)中處于基態(tài)能級(jí)的粒子不斷被提升到較高的激光態(tài)能級(jí)上（抽運(yùn)） ?光泵浦、電泵浦、化學(xué)泵浦 ?固體激光器一般采用脈沖氙燈、碘鎢燈等光激勵(lì)辦法，而氣體激光器采用電激勵(lì)方法，通過放電直接激勵(lì)工作物質(zhì) ?全固態(tài)激光器、光纖激光器、半導(dǎo)體激光器 9 諧振腔 ?簡(jiǎn)單的諧振腔由兩個(gè)反射鏡組成，一個(gè)全反，一個(gè)部分透過。 ?沿諧振腔軸向傳播的光波在腔的兩反射鏡之間來回發(fā)射，反復(fù)通過激活介質(zhì)，使光不斷地被放大 ?限制模式、選擇頻率 10 光學(xué)諧振腔的構(gòu)成 光學(xué)諧振腔的構(gòu)成 最簡(jiǎn)單的光學(xué)諧振腔是在激活介質(zhì)兩端恰當(dāng)?shù)胤胖脙蓚€(gè)鍍有高反射率的反射鏡構(gòu)成。 常用的基本概念： 光軸： 光學(xué)諧振腔中間垂直與鏡面的軸線 孔徑 ：光學(xué)諧振腔中起著限制光束大小、形狀的元件，大多數(shù)情況下，孔徑是激活物質(zhì)的兩個(gè)端面，但一些激光器中會(huì)另外放置元件以限制光束為理想的形狀。 11 光學(xué)諧振腔的種類 ?諧振腔的開放程度 ，閉腔、開腔、氣體波導(dǎo)腔 ?開放式光學(xué)諧振腔 (開腔 )通?？梢苑譃榉€(wěn)定腔、非穩(wěn)定腔 ?反射鏡形狀 ，球面腔與非球面腔，端面反射腔與分布反饋腔 ?反射鏡的多少 ，兩鏡腔與多鏡腔，簡(jiǎn)單腔與復(fù)合腔 12 閉腔、開腔、氣體波導(dǎo)腔 閉腔 開腔 氣體波導(dǎo)腔 固體激光器的工作物質(zhì)通常具有比較高的折射率，因此在側(cè)壁上將發(fā)生大量的全反射。如果腔的反射鏡緊貼激光棒的兩端，則在理論上分析這類腔時(shí)，應(yīng)作為介質(zhì)腔來處理。半導(dǎo)體激光器是一種真正的介質(zhì)波導(dǎo)腔。這類光學(xué)諧振腔稱為 閉腔 這是激光技術(shù)歷史上最早提出的平行平面腔（ FP腔）。后來又廣泛采用了由兩塊具有公共軸線的球面鏡構(gòu)成的諧振腔。從理論上分析這些腔時(shí)，通常認(rèn)為側(cè)面沒有光學(xué)邊界，因此將這類諧振腔稱為 開放式光學(xué)諧振腔，簡(jiǎn)稱開腔 另一類光腔為 氣體波導(dǎo)激光諧振腔 ，其典型結(jié)構(gòu)是一段空心介質(zhì)波導(dǎo)管兩端適當(dāng)位置放置反射鏡。這樣，在空心介質(zhì)波導(dǎo)管內(nèi)，場(chǎng)服從波導(dǎo)中的傳播規(guī)律，而在波導(dǎo)管與腔鏡之間的空間中，場(chǎng)按與開腔中類似的規(guī)律傳播 。 13 穩(wěn)定腔和非穩(wěn)定腔 看在腔內(nèi)是否存在穩(wěn)定振蕩的高斯光束 14 由兩塊相距為 L、平
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