[教育學(xué)]激光技術(shù)與應(yīng)用-資料下載頁(yè)
2025-03-21 22:20本頁(yè)面
【正文】 激光器的分類 激光器的分類 ?按工作物質(zhì)物相分 ?按激活介質(zhì)粒子狀態(tài)分 ?按激勵(lì)方式分 ?按輸出波長(zhǎng)分 ?按輸出功率分 根據(jù)工作物質(zhì)物相分類 ?氣體激光器 ?固體激光器 ?液體激光器 與其他分類的交叉 ?液體激光器 分子激光器 準(zhǔn)分子激光器 ?氣體激光器 原子激光器 離子激光器 ?固體激光器 半導(dǎo)體激光器 氣體激光器 ? 氣體激光是目前種類最多、應(yīng)用最廣泛的一類激光器，它具有容易連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)換效率高、工作物質(zhì)豐富、工作物質(zhì)均勻性較好，使得輸出光束的質(zhì)量較高；相干性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)， ? 容易實(shí)現(xiàn)大功率連續(xù)輸出，如二氧化碳激光器可達(dá)萬瓦級(jí)的功率輸出； ? 發(fā)射的譜線分布在一個(gè)很寬的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，幾乎遍布了從紫外到遠(yuǎn)紅外的整個(gè)光譜區(qū) (已經(jīng)觀測(cè)到的譜線有萬余條 )； ? 因此，廣泛地用作準(zhǔn)直導(dǎo)向、計(jì)量基準(zhǔn)、材料加工以及作為全息照相、激光光譜學(xué)的相干光源等。 氣體激光器 氣體激光器 —— 原子激光器，分子激光器，離子激 光器，準(zhǔn)分子激光器。 原子激光器： 產(chǎn)生激光作用的是沒有電離的氣體原子， 以 氦 — 氖激光器為代表，這種激光器大都是連續(xù) 工作方式，輸出功率在 100毫瓦以下，多用于檢 測(cè)和干涉計(jì)量。 離子激光器：以氬離子激光器為代表，這種激光器可以發(fā)射 較強(qiáng)的連續(xù)功率激光，功率可達(dá)幾十瓦，是可 見光中的重要激光器件，多用于掃描，醫(yī)學(xué)及 全息學(xué)等方面 。 分子激光器： 產(chǎn)生激光作用的是沒有電離的氣體分子， 以 CO2激光器為代表，因紅外波長(zhǎng)激光的熱效應(yīng) 高，故多用于激光刀，醫(yī)療，機(jī)械加工方面， 還用于測(cè)距，通信。 準(zhǔn)分子激光器：特點(diǎn) — 發(fā)光都在紫外波段。 用途 — 多用于微細(xì)加工，光刻及醫(yī)學(xué)。 原理 — 不是分子固有能級(jí)躍遷發(fā)光，而是當(dāng) 兩種元素的原子被高能量的電脈沖激勵(lì)時(shí)， 兩種元素的原子在瞬態(tài)結(jié)合成的準(zhǔn)分子的能級(jí)間躍遷產(chǎn)生的受激發(fā)光。發(fā)光后，分子很快分解成原子。 一般結(jié)構(gòu) ?內(nèi)腔式 ?外腔式 ?半外腔式 內(nèi)腔式 ?圖（ c）組成光學(xué)諧振腔的兩個(gè)反射鏡緊貼在放電管的兩端； 內(nèi)腔式 ?將諧振腔的兩反射鏡調(diào)整好后，用膠固定在放電管的兩端，其優(yōu)點(diǎn)是使用時(shí)不必進(jìn)行調(diào)整，非常方便。缺點(diǎn)是在工作過程中放電管受熱變形時(shí) ,諧振腔反射鏡會(huì)偏離相互平行位置，造成器件損耗增加，輸出下降。激光管越長(zhǎng)，其熱穩(wěn)定性越差，所以內(nèi)腔式激光管的長(zhǎng)度一般不超過一米。而且當(dāng)諧振腔反射鏡損壞后，不易更換，反射鏡內(nèi)表面污染后也無法清除。 外腔式 ? 圖（ a）中組成光學(xué)諧振腔的兩個(gè)反射鏡與放電管完全分開裝架，在這種形式中，光從放電管的端面射出再被反射到管內(nèi)，需要經(jīng)過放電管表面四次。為了減少反射損失，可使光在窗片上的入射角等于布儒斯特角。這樣，對(duì)于 TM波（電場(chǎng)振動(dòng)方向與入射面平行，磁場(chǎng)振動(dòng)方向與入射面垂直的波），在窗表面上不反射，猶如沒有窗片一樣，可以暢通無阻，從而在腔內(nèi)形成穩(wěn)定的振蕩。而對(duì) TE波（電場(chǎng)方向與入射面垂直的波），在窗表面上反射損失很大，不能形成振蕩。因此，從外腔式氣體激光器射出的激光是電矢量與入射面平行的線偏振光 —— TM波。 外腔式 ?這種激光器的諧振腔反射鏡與放電管是分離的。反射鏡上有調(diào)整機(jī)構(gòu)，可以隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。諧振腔與放電管分離，放電管的熱變形對(duì)諧振腔影響較小，加之諧振腔可以調(diào)整，所以長(zhǎng)期使用中能保持穩(wěn)定輸出。但由于反射鏡與放電管相分離，相對(duì)位置易改變，需要經(jīng)常調(diào)整，使用不方便 . 半外腔式 ?圖（ b）中諧振腔的兩個(gè)反射鏡，一個(gè)緊貼放電管的一端，別一個(gè)與放電管分開裝架，稱為半外腔式。它產(chǎn)生的激光也是線偏振光。 氣體激光器的泵浦源 ? 氣體激光器一般采用放電激發(fā)，具體地說，有直流放電、交流放電、無電極的高頻放電及高壓脈沖幾種方式。前兩種方法簡(jiǎn)單易行，尤其是第二種方法只要將高壓變壓器的次級(jí)接到放電管的兩個(gè)電極上即可。第三種方法目前以射頻電源為主，具有可調(diào)制性好，輸出功率穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，第四種方法用于高壓脈沖激光器，當(dāng)不能維持穩(wěn)定的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)時(shí)，就必須采用這種方法。 復(fù)習(xí)上節(jié)課內(nèi)容 ?請(qǐng)用公式寫出波長(zhǎng)頻率與速度之間的關(guān)系？ ?什么是塞曼效應(yīng)？ ?根據(jù)工作物質(zhì)的物相來分激光器如何分類？ ?什么是準(zhǔn)分子激光器？ ?寫出內(nèi)腔式激光器的結(jié)構(gòu)，及它的優(yōu)缺點(diǎn) ?內(nèi)腔式激光器一般長(zhǎng)度為多少？ ?寫出外腔式激光器的結(jié)構(gòu)，及它的優(yōu)缺點(diǎn)。 ?寫出外腔式激光器產(chǎn)生的激光特點(diǎn) ?寫出半外腔式激光器的結(jié)構(gòu) 見氦氖激光器 工作物質(zhì)： 氦 氖氣體（ He Ne） 激光波長(zhǎng)： （ 、 ） 光譜線寬： 小于 20Hz（單色性好） 發(fā)散角： 103 rad以下（方向性好） （一）氦 氖激光器 輸出功率： 與放電毛細(xì)管的長(zhǎng)度有關(guān) 。 10cm的管子 ，輸出約 ； 200cm的管子 ， 輸出約 50mW。 ? 結(jié)構(gòu)：激光管 + 電源 激光管由放電管、電極和光學(xué)諧振腔組成 ?與激光躍遷有關(guān)的 Ne原子的部分能級(jí)圖 HeNe激光器是典型的四能級(jí)系統(tǒng)，其激光譜線主要有三條 :?? 3S→2P ?? 2S→2P ?? 3S→3P 氦 氖激光器 其他的氣體激光器 ?在單種氣體或氣體混合物中的放電已經(jīng)產(chǎn)生大量的激光譜線，它們的波長(zhǎng)從遠(yuǎn)紅外一直延伸到紫外。表 器的波長(zhǎng)。全部惰性氣體（氦、氖、氬、氪、氙、氡）能在單種氣體中產(chǎn)生激光躍遷，例如，氬離子激光器，在可見波段的藍(lán)區(qū)產(chǎn)生好幾種波長(zhǎng)的激光，在連續(xù)工作條件下功率可達(dá) 500W。 ?在鋅、鎘、水銀、鉛、錫、銅等金屬蒸氣中的脈沖放電也用來產(chǎn)生激光。 表 氣體種類 激活介質(zhì) 主要激光波長(zhǎng) /um 備注 HeNe Ne ， ， 連續(xù) Ne Ne ， ， 脈沖、高增益 Ne Ne+ ， ， 連續(xù)或脈沖 Ar Ar+ ， ， 連續(xù)或脈沖 Kr Kr+ ， ， ， 連續(xù)或脈沖 XeHe Xe ， 連續(xù)、高增益 Xe Xe+ ， ， 連續(xù)或脈沖 NeO2,ArO2 O 連續(xù) N2 N2 脈沖、高增益 空氣， N2 N+ 脈沖 HeCd Cd+ ， 連續(xù)，高效率 CO2N2He CO2 連續(xù)或脈沖，高功率與高效率 H2 H2 ， 第一個(gè)真空紫外激光器 H2O H2O ， 長(zhǎng)波長(zhǎng) CH3CNNH3（乙腈 氨） HCN(氰化氫） 337 波長(zhǎng)更長(zhǎng) 注：激活介質(zhì)是指產(chǎn)生激光躍遷的介質(zhì) 激光微細(xì)加工 (Laser micromachining) 300um 50um
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