激光器激勵裝置作用

Ⅰ 激光器的原理

除自由電子激光器外，各種激光器的基本工作原理均相同。產生激光的必不可少的條件是粒子數反轉和增益大於損耗，所以裝置中必不可少的組成部分有激勵（或抽運）源、具有亞穩態能級的工作介質兩個部分。激勵是工作介質吸收外來能量後激發到激發態，為實現並維持粒子數反轉創造條件。激勵方式有光學激勵、電激勵、化學激勵和核能激勵等。工作介質具有亞穩能級是使受激輻射佔主導地位，從而實現光放大。激光器中常見的組成部分還有諧振腔，但諧振腔（ 見光學諧振腔）並非必不可少的組成部分，諧振腔可使腔內的光子有一致的頻率、相位和運行方向，從而使激光具有良好的方向性和相乾性。而且，它可以很好地縮短工作物質的長度，還能通過改變諧振腔長度來調節所產生激光的模式（即選模），所以一般激光器都具有諧振腔。 通常是由具有一定幾何形狀和光學反射特性的兩塊反射鏡按特定的方式組合而成。作用為：①提供光學反饋能力，使受激輻射光子在腔內多次往返以形成相乾的持續振盪。②對腔內往返振盪光束的方向和頻率進行限制，以保證輸出激光具有一定的定向性和單色性。共振腔作用①，是由通常組成腔的兩個反射鏡的幾何形狀（反射面曲率半徑）和相對組合方式所決定；而作用②，則是由給定共振腔型對腔內不同行進方向和不同頻率的光，具有不同的選擇性損耗特性所決定的。 分類
激光器的種類是很多的。下面，將分別從激光工作物質、激勵方式、運轉方式、輸出波長范圍等幾個方面進行分類介紹。

Ⅱ 激光器 三要素是什麼

激光器

laser

能發射激光的裝置。1954年製成了第一台微波量子放大器，獲得了高度相乾的微波束。1958年A.L.肖洛和C.H.湯斯把微波量子放大器原理推廣應用到光頻范圍，並指出了產生激光的方法。1960年T.H.梅曼等人製成了第一台紅寶石激光器。1961年A.賈文等人製成了氦氖激光器。1962年 R.N.霍耳等人創制了砷化鎵半導體激光器。以後，激光器的種類就越來越多。按工作介質分，激光器可分為氣體激光器、固體激光器、半導體激光器和染料激光器4大類。近來還發展了自由電子激光器，其工作介質是在周期性磁場中運動的高速電子束，激光波長可覆蓋從微波到X射線的廣闊波段。按工作方式分，有連續式、脈沖式、調Q和超短脈沖式等幾類。大功率激光器通常都是脈沖式輸出。各種不同種類的激光器所發射的激光波長已達數千種，最長的波長為微波波段的0.7毫米，最短波長為遠紫外區的210埃，X射線波段的激光器也正在研究中。

除自由電子激光器外，各種激光器的基本工作原理均相同，裝置的必不可少的組成部分包括激勵（或抽運）、具有亞穩態能級的工作介質和諧振腔（ 見光學諧振腔）3 部分。激勵是工作介質吸收外來能量後激發到激發態，為實現並維持粒子數反轉創造條件。激勵方式有光學激勵、電激勵、化學激勵和核能激勵等。工作介質具有亞穩能級是使受激輻射佔主導地位，從而實現光放大。諧振腔可使腔內的光子有一致的頻率、相位和運行方向，從而使激光具有良好的定向性和相乾性。

激光工作物質 是指用來實現粒子數反轉並產生光的受激輻射放大作用的物質體系，有時也稱為激光增益媒質，它們可以是固體（晶體、玻璃）、氣體（原子氣體、離子氣體、分子氣體）、半導體和液體等媒質。對激光工作物質的主要要求，是盡可能在其工作粒子的特定能級間實現較大程度的粒子數反轉，並使這種反轉在整個激光發射作用過程中盡可能有效地保持下去；為此，要求工作物質具有合適的能級結構和躍遷特性。

激勵(泵浦)系統 是指為使激光工作物質實現並維持粒子數反轉而提供能量來源的機構或裝置。根據工作物質和激光器運轉條件的不同，可以採取不同的激勵方式和激勵裝置，常見的有以下四種。①光學激勵(光泵)。是利用外界光源發出的光來輻照工作物質以實現粒子數反轉的，整個激勵裝置，通常是由氣體放電光源（如氙燈、氪燈）和聚光器組成。②氣體放電激勵。是利用在氣體工作物質內發生的氣體放電過程來實現粒子數反轉的，整個激勵裝置通常由放電電極和放電電源組成。 ③化學激勵。是利用在工作物質內部發生的化學反應過程來實現粒子數反轉的，通常要求有適當的化學反應物和相應的引發措施。④核能激勵。是利用小型核裂變反應所產生的裂變碎片、高能粒子或放射線來激勵工作物質並實現粒子數反轉的。

光學共振腔 通常是由具有一定幾何形狀和光學反射特性的兩塊反射鏡按特定的方式組合而成。作用為：①提供光學反饋能力，使受激輻射光子在腔內多次往返以形成相乾的持續振盪。②對腔內往返振盪光束的方向和頻率進行限制，以保證輸出激光具有一定的定向性和單色性。共振腔作用①，是由通常組成腔的兩個反射鏡的幾何形狀（反射面曲率半徑）和相對組合方式所決定；而作用②，則是由給定共振腔型對腔內不同行進方向和不同頻率的光，具有不同的選擇性損耗特性所決定的。

分類 激光器的種類是很多的。下面，將分別從激光工作物質、激勵方式、運轉方式、輸出波長范圍等幾個方面進行分類介紹。

按工作物質分類 根據工作物質物態的不同可把所有的激光器分為以下幾大類：①固體（晶體和玻璃）激光器，這類激光器所採用的工作物質，是通過把能夠產生受激輻射作用的金屬離子摻入晶體或玻璃基質中構成發光中心而製成的；②氣體激光器，它們所採用的工作物質是氣體，並且根據氣體中真正產生受激發射作用之工作粒子性質的不同，而進一步區分為原子氣體激光器、離子氣體激光器、分子氣體激光器、準分子氣體激光器等；③液體激光器，這類激光器所採用的工作物質主要包括兩類，一類是有機熒光染料溶液，另一類是含有稀土金屬離子的無機化合物溶液,其中金屬離子（如Nd）起工作粒子作用，而無機化合物液體（如SeOCl）則起基質的作用；④半導體激光器，這類激光器是以一定的半導體材料作工作物質而產生受激發射作用，其原理是通過一定的激勵方式(電注入、光泵或高能電子束注入)，在半導體物質的能帶之間或能帶與雜質能級之間，通過激發非平衡載流子而實現粒子數反轉，從而產生光的受激發射作用；⑤自由電子激光器，這是一種特殊類型的新型激光器，工作物質為在空間周期變化磁場中高速運動的定向自由電子束，只要改變自由電子束的速度就可產生可調諧的相干電磁輻射，原則上其相干輻射譜可從X射線波段過渡到微波區域，因此具有很誘人的前景。

按激勵方式分類 ①光泵式激光器。指以光泵方式激勵的激光器，包括幾乎是全部的固體激光器和液體激光器，以及少數氣體激光器和半導體激光器。②電激勵式激光器。大部分氣體激光器均是採用氣體放電（直流放電、交流放電、脈沖放電、電子束注入）方式進行激勵，而一般常見的半導體激光器多是採用結電流注入方式進行激勵，某些半導體激光器亦可採用高能電子束注入方式激勵。③化學激光器。這是專門指利用化學反應釋放的能量對工作物質進行激勵的激光器，反希望產生的化學反應可分別採用光照引發、放電引發、化學引發。④核泵浦激光器。指專門利用小型核裂變反應所釋放出的能量來激勵工作物質的一類特種激光器，如核泵浦氦氬激光器等。

按運轉方式分類 由於激光器所採用的工作物質、激勵方式以及應用目的的不同，其運轉方式和工作狀態亦相應有所不同，從而可區分為以下幾種主要的類型。①連續激光器，其工作特點是工作物質的激勵和相應的激光輸出，可以在一段較長的時間范圍內以連續方式持續進行，以連續光源激勵的固體激光器和以連續電激勵方式工作的氣體激光器及半導體激光器，均屬此類。由於連續運轉過程中往往不可避免地產生器件的過熱效應，因此多數需採取適當的冷卻措施。②單次脈沖激光器，對這類激光器而言，工作物質的激勵和相應的激光發射，從時間上來說均是一個單次脈沖過程，一般的固體激光器、液體激光器以及某些特殊的氣體激光器，均採用此方式運轉，此時器件的熱效應可以忽略，故可以不採取特殊的冷卻措施。③重復脈沖激光器，這類器件的特點是其輸出為一系列的重復激光脈沖，為此，器件可相應以重復脈沖的方式激勵，或以連續方式進行激勵但以一定方式調制激光振盪過程,以獲得重復脈沖激光輸出,通常亦要求對器件採取有效的冷卻措施。④調激光器, 這是專門指採用一定的 開關技術以獲得較高輸出功率的脈沖激光器，其工作原理是在工作物質的粒子數反轉狀態形成後並不使其產生激光振盪 (開關處於關閉狀態)，待粒子數積累到足夠高的程度後，突然瞬時打開開關，從而可在較短的時間內（例如10～10秒）形成十分強的激光振盪和高功率脈沖激光輸出（見技術'" class=link>激光調技術）。⑤鎖模激光器，這是一類採用鎖模技術的特殊類型激光器，其工作特點是由共振腔內不同縱向模式之間有確定的相位關系，因此可獲得一系列在時間上來看是等間隔的激光超短脈沖（脈寬10～10秒）序列，若進一步採用特殊的快速光開關技術，還可以從上述脈沖序列中選擇出單一的超短激光脈沖（見激光鎖模技術）。⑥單模和穩頻激光器，單模激光器是指在採用一定的限模技術後處於單橫模或單縱模狀態運轉的激光器，穩頻激光器是指採用一定的自動控制措施使激光器輸出波長或頻率穩定在一定精度范圍內的特殊激光器件，在某些情況下，還可以製成既是單模運轉又具有頻率自動穩定控制能力的特種激光器件（見激光穩頻技術）。 ⑦可調諧激光器，在一般情況下，激光器的輸出波長是固定不變的，但採用特殊的調諧技術後，使得某些激光器的輸出激光波長，可在一定的范圍內連續可控地發生變化，這一類激光器稱為可調諧激光器（見激光調諧技術）。

按輸出波段范圍分類 根據輸出激光波長范圍之不同，可將各類激光器區分為以下幾種。①遠紅外激光器，輸出波長范圍處於25～1000微米之間, 某些分子氣體激光器以及自由電子激光器的激光輸出即落入這一區域。②中紅外激光器，指輸出激光波長處於中紅外區(2.5～25微米)的激光器件,代表者為 CO分子氣體激光器(10.6微米)、 CO分子氣體激光器（5～6微米）。③近紅外激光器,指輸出激光波長處於近紅外區（0.75～2.5微米）的激光器件，代表者為摻釹固體激光器（1.06 微米）、CaAs半導體二極體激光器(約 0.8微米)和某些氣體激光器等。④可見激光器，指輸出激光波長處於可見光譜區（4000～7000埃或0.4～0.7微米）的一類激光器件，代表者為紅寶石激光器 （6943埃）、氦氖激光器（6328埃）、氬離子激光器（4880埃、5145埃）、氪離子激光器（4762埃、5208埃、5682埃、6471埃）以及一些可調諧染料激光器等。⑤近紫外激光器，其輸出激光波長范圍處於近紫外光譜區（2000～4000埃），代表者為氮分子激光器(3371埃)氟化氙(XeF)準分子激光器（3511埃、3531埃）、氟化氪(KrF)準分子激光器(2490埃)以及某些可調諧染料激光器等⑥真空紫外激光器,其輸出激光波長范圍處於真空紫外光譜區(50～2000埃）代表者為（H）分子激光器 (1644～1098埃)、氙(Xe)準分子激光器（1730埃）等。⑦X射線激光器, 指輸出波長處於X射線譜區（0.01～50埃）的激光器系統，目前軟X 射線已研製成功，但仍處於探索階段

激光器的發明
激光器的發明是20世紀科學技術的一項重大成就。它使人們終於有能力駕駛尺度極小、數量極大、運動極混亂的分子和原子的發光過程，從而獲得產生、放大相乾的紅外線、可見光線和紫外線（以至X射線和γ射線）的能力。激光科學技術的興起使人類對光的認識和利用達到了一個嶄新的水平。

激光器的誕生史大致可以分為幾個階段，其中1916年愛因斯坦提出的受激輻射概念是其重要的理論基礎。這一理論指出，處於高能態的物質粒子受到一個能量等於兩個能級之間能量差的光子的作用，將轉變到低能態，並產生第二個光子，同第一個光子同時發射出來，這就是受激輻射。這種輻射輸出的光獲得了放大，而且是相干光，即如多個光子的發射方向、頻率、位相、偏振完全相同。

此後，量子力學的建立和發展使人們對物質的微觀結構及運動規律有了更深入的認識，微觀粒子的能級分布、躍遷和光子輻射等問題也得到了更有力的證明，這也在客觀上更加完善了愛因斯坦的受激輻射理論，為激光器的產生進一步奠定了理論基礎。20世紀40年代末，量子電子學誕生後，被很快應用於研究電磁輻射與各種微觀粒子系統的相互作用，並研製出許多相應的器件。這些科學理論和技術的快速發展都為激光器的發明創造了條件。

如果一個系統中處於高能態的粒子數多於低能態的粒子數，就出現了粒子數的反轉狀態。那麼只要有一個光子引發，就會迫使一個處於高能態的原子受激輻射出一個與之相同的光子，這兩個光子又會引發其他原子受激輻射，這樣就實現了光的放大；如果加上適當的諧振腔的反饋作用便形成光振盪，從而發射出激光。這就是激光器的工作原理。1951年，美國物理學家珀塞爾和龐德在實驗中成功地造成了粒子數反轉，並獲得了每秒50千赫的受激輻射。稍後，美國物理學家查爾斯·湯斯以及蘇聯物理學家馬索夫和普羅霍洛夫先後提出了利用原子和分子的受激輻射原理來產生和放大微波的設計。

然而上述的微波波譜學理論和實驗研究大都屬於「純科學」，對於激光器到底能否研製成功，在當時還是很渺茫的。
但科學家的努力終究有了結果。1954年，前面提到的美國物理學家湯斯終於製成了第一台氨分子束微波激射器，成功地開創了利用分子和原子體系作為微波輻射相干放大器或振盪器的先例。

湯斯等人研製的微波激射器只產生了1.25厘米波長的微波，功率很小。生產和科技不斷發展的需要推動科學家們去探索新的發光機理，以產生新的性能優異的光源。1958年，湯斯與姐夫阿瑟·肖洛將微波激射器與光學、光譜學的理論知識結合起來，提出了採用開式諧振腔的關鍵性建議，並預防了激光的相乾性、方向性、線寬和噪音等性質。同期，巴索夫和普羅霍洛夫等人也提出了實現受激輻射光放大的原理性方案。

此後，世界上許多實驗室都被捲入了一場激烈的研製競賽，看誰能成功製造並運轉世界上第一台激光器。

1960年，美國物理學家西奧多·梅曼在佛羅里達州邁阿密的研究實驗室里，勉強贏得了這場世界范圍內的研製競賽。他用一個高強閃光燈管來刺激在紅寶石水晶里的鉻原子，從而產生一條相當集中的纖細紅色光柱，當它射向某一點時，可使這一點達到比太陽還高的溫度。

「梅曼設計」引起了科學界的震驚和懷疑，因為科學家們一直在注視和期待著的是氦氖激光器。

盡管梅曼是第一個將激光引入實用領域的科學家，但在法庭上，關於到底是誰發明了這項技術的爭論，曾一度引起很大爭議。競爭者之一就是「激光」(「受激輻射式光頻放大器」的縮略詞)一詞的發明者戈登·古爾德。他在1957年攻讀哥倫比亞大學博士學位時提出了這個詞。與此同時，微波激射器的發明者湯斯與肖洛也發展了有關激光的概念。經法庭最終判決，湯斯因研究的書面工作早於古爾德9個月而成為勝者。不過梅曼的激光器的發明權卻未受到動搖。

1960年12月，出生於伊朗的美國科學家賈萬率人終於成功地製造並運轉了全世界第一台氣體激光器——氦氖激光器。1962年，有三組科學家幾乎同時發明了半導體激光器。1966年，科學家們又研製成了波長可在一段范圍內連續調節的有機染料激光器。此外，還有輸出能量大、功率高，而且不依賴電網的化學激光器等紛紛問世。

由於激光器具備的種種突出特點，因而被很快運用於工業、農業、精密測量和探測、通訊與信息處理、醫療、軍事等各方面，並在許多領域引起了革命性的突破。比如，人們利用激光集中而極高的能量，可以對各種材料進行加工，能夠做到在一個針頭上鑽200個孔；激光作為一種在生物機體上引起刺激、變異、燒灼、汽化等效應的手段，已在醫療、農業的實際應用上取得了良好效果；在通信領域，一條用激光柱傳送信號的光導電纜，可以攜帶相當於2萬根電話銅線所攜帶的信息量；激光在軍事上除用於通信、夜視、預警、測距等方面外，多種激光武器和激光制導武器也已經投入實用。

今後，隨著人類對激光技術的進一步研究和發展，激光器的性能和成本將進一步降低，但是它的應用范圍卻還將繼續擴大，並將發揮出越來越巨大的作用。

Ⅲ 四種激光器的工作原理分別是什麼

激光器是能發射激光的裝置。1954年製成了第一台微波量子放大器，獲得了高度相乾的微波束。1958年A.L.肖洛和C.H.湯斯把微波量子放大器原理推廣應用到光頻范圍，並指出了產生激光的方法。1960年T.H.梅曼等人製成了第一台紅寶石激光器。1961年A.賈文等人製成了氦氖激光器。1962年R.N.霍耳等人創制了砷化鎵半導體激光器。以後，激光器的種類就越來越多。按工作介質分，激光器可分為氣體激光器、固體激光器、半導體激光器和染料激光器4大類。近來還發展了自由電子激光器，其工作介質是在周期性磁場中運動的高速電子束，激光波長可覆蓋從微波到X射線的廣闊波段。按工作方式分，有連續式、脈沖式、調Q和超短脈沖式等幾類。大功率激光器通常都是脈沖式輸出。各種不同種類的激光器所發射的激光波長已達數千種，最長的波長為微波波段的0.7毫米，最短波長為遠紫外區的210埃，X射線波段的激光器也正在研究中。

激光工作物質 是指用來實現粒子數反轉並產生光的受激輻射放大作用的物質體系，有時也稱為激光增益媒質，它們可以是固體（晶體、玻璃）、氣體（原子氣體、離子氣體、分子氣體）、半導體和液體等媒質。對激光工作物質的主要要求，是盡可能在其工作粒子的特定能級間實現較大程度的粒子數反轉，並使這種反轉在整個激光發射作用過程中盡可能有效地保持下去；為此，要求工作物質具有合適的能級結構和躍遷特性。

除自由電子激光器外，各種激光器的基本工作原理均相同，裝置的必不可少的組成部分包括激勵（或抽運）、具有亞穩態能級的工作介質和諧振腔（ 見光學諧振腔）3部分。激勵是工作介質吸收外來能量後激發到激發態，為實現並維持粒子數反轉創造條件。激勵方式有光學激勵、電激勵、化學激勵和核能激勵等。工作介質具有亞穩能級是使受激輻射佔主導地位，從而實現光放大。諧振腔可使腔內的光子有一致的頻率、相位和運行方向，從而使激光具有良好的定向性和相乾性。

激勵(泵浦)系統 是指為使激光工作物質實現並維持粒子數反轉而提供能量來源的機構或裝置。根據工作物質和激光器運轉條件的不同，可以採取不同的激勵方式和激勵裝置，常見的有以下四種。①光學激勵(光泵)。是利用外界光源發出的光來輻照工作物質以實現粒子數反轉的，整個激勵裝置，通常是由氣體放電光源（如氙燈、氪燈）和聚光器組成。②氣體放電激勵。是利用在氣體工作物質內發生的氣體放電過程來實現粒子數反轉的，整個激勵裝置通常由放電電極和放電電源組成。③化學激勵。是利用在工作物質內部發生的化學反應過程來實現粒子數反轉的，通常要求有適當的化學反應物和相應的引發措施。④核能激勵。是利用小型核裂變反應所產生的裂變碎片、高能粒子或放射線來激勵工作物質並實現粒子數反轉的。

光學共振腔 通常是由具有一定幾何形狀和光學反射特性的兩塊反射鏡按特定的方式組合而成。作用為：①提供光學反饋能力，使受激輻射光子在腔內多次往返以形成相乾的持續振盪。②對腔內往返振盪光束的方向和頻率進行限制，以保證輸出激光具有一定的定向性和單色性。共振腔作用①，是由通常組成腔的兩個反射鏡的幾何形狀（反射面曲率半徑）和相對組合方式所決定；而作用②，則是由給定共振腔型對腔內不同行進方向和不同頻率的光，具有不同的選擇性損耗特性所決定的。

幾種常見激光器及其用途介紹如下：

Nd：YAG激光器，1064nm，固體激光器，連續激光器的最大輸出功率1000W，可用於激光切割金屬。

Ho：YAG，固體激光器，可產生對人眼安全的2097nm和2091nm激光，適用於雷達和醫學應用。

He-Ne激光器，632.8nm，氣體激光器，功率為幾mW，用於準直，定位，全息照相等。

CO2激光器，氣體激光器，輸出波長10.6um，廣泛用於激光加工，醫療，大氣通信及其他軍事應用。

N2分子激光器，氣體激光器，輸出紫外光，峰值功率可達數十兆瓦，脈寬小於10ns，重復頻率為數十至數千赫，作可調諧燃料激光器的泵浦源，也可用於熒光分析，檢測污染等方面。

Ⅳ 激光電源原理

CO2激光電源結構圖
激光電源的主要結構和工作原理：
1、電源濾波器和整流電路：裡麵包含電源射頻濾波器和高壓對地放點保護。
電源射頻濾波器的作用是抑制激光電源運行時，對電網的射頻傳導干擾，像通常的開關電源一樣，該模塊能有效降低開機瞬間的大電流沖擊，也從源頭上大大減少了開機產生的瞬間干擾，這比被動的強化射頻波更來的理智而有效。
高壓對地放電保護的作用就是放電保護。電源工作時要防止開機瞬間及其他一些非友好的對電源破壞的行為的發生，要求電源自身工作時也要做到自己的保護工作，高壓對地放電保護能有效避免激光電源內的主電路和控制電路以及輔助電源的安全。
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激光電源的結構和工作原理
激光電源前端連接外部電源，後端連接激光器光學配件及激光器控制，起到的作用就是將外部電源轉換成激光器可用的穩定可控的直流電源。這篇文章就介紹一下激光電源的主要結構，這些結構之間是如何協調工作，輸出穩定可控直流電流的。

CO2激光電源結構圖
激光電源的主要結構和工作原理：
1、電源濾波器和整流電路：裡麵包含電源射頻濾波器和高壓對地放點保護。
電源射頻濾波器的作用是抑制激光電源運行時，對電網的射頻傳導干擾，像通常的開關電源一樣，該模塊能有效降低開機瞬間的大電流沖擊，也從源頭上大大減少了開機產生的瞬間干擾，這比被動的強化射頻波更來的理智而有效。
高壓對地放電保護的作用就是放電保護。電源工作時要防止開機瞬間及其他一些非友好的對電源破壞的行為的發生，要求電源自身工作時也要做到自己的保護工作，高壓對地放電保護能有效避免激光電源內的主電路和控制電路以及輔助電源的安全。

電源濾波器和整流電路圖

2、變換器主電路： DC/AC變換器、高壓包、工作狀態顯示、驅動電路。
DC/AC變換器：利用電磁感應等原理，實現交流電轉變成特定電壓的直流電。
高壓包：高壓包在變換電路里能有效一直尖峰電壓，避免晶體管集、射極間的電壓超限，確保工作過程中的穩定可靠。
工作狀態：顯示變換電路是否在正常工作。
驅動電路：驅動電路可以理解為變壓器輸出的推挽式開關放大器，當輸入端沒有處罰電壓信號時，晶體管基極電壓低於射極，晶體管截止。當一個晶體管基極出現電平時，晶體管導通。線路協同工作，以提供穩定可靠性。

激光電源正常工作是所有電路部件協同工作的結果，任何一個環節出現故障，都會導致電源輸出電能不能滿足需求，甚至是不能工作。激光電源的工作原理是一個負責的課題，本文只是粗略解釋了激光電源的結構和核心配件的工作過程，更多內容可以查詢鐳之源官網，去了解更多激光電源知識。

Ⅳ 激光器的結構

激光器一般包括三個部分。

1、激光工作介質

激光的產生必須選擇合適的工作介質，可以是氣體、液體、固體或半導體。在這種介質中可以實現粒子數反轉，以製造獲得激光的必要條件。顯然亞穩態能級的存在，對實現粒子數反轉世非常有利的。產生的激光波長包括從真空紫外道遠紅外，非常廣泛。

2、激勵源

為了使工作介質中出現粒子數反轉，必須用一定的方法去激勵原子體系，使處於上能級的粒子數增加。一般可以用氣體放電的辦法來利用具有動能的電子去激發介質原子，稱為電激勵；也可用脈沖光源來照射工作介質，稱為光激勵；還有熱激勵、化學激勵等。

3、諧振腔

有了合適的工作物質和激勵源後，可實現粒子數反轉，但這樣產生的受激輻射強度很弱，無法實際應用。於是人們就想到了用光學諧振腔進行放大。所謂光學諧振腔，實際是在激光器兩端，面對面裝上兩塊反射率很高的鏡。

一塊幾乎全反射，一塊光大部分反射、少量透射出去，以使激光可透過這塊鏡子而射出。被反射回到工作介質的光，繼續誘發新的受激輻射，光被放大。因此，光在諧振腔中來回振盪，造成連鎖反應，雪崩似的獲得放大，產生強烈的激光，從部分反射鏡子一端輸出。

激光器的種類雖然很多，但製造原理基本相同，大多由激勵系統，激光物質和光學振腔三部分組成。

激勵系統是產生光、電、化學能的裝置。激勵系統提供能量，使激光物質里的大多數電子吸收能量跳到原子的外層軌道上去，為以後放出激光創造條件。現在使用的激勵手段主要有光照、通電、化學反應等。

(5)激光器激勵裝置作用擴展閱讀：

根據工作物質和激光器運轉條件的不同，可以採取不同的激勵方式和激勵裝置，常見的有以下四種。

①光學激勵(光泵)。是利用外界光源發出的光來輻照工作物質以實現粒子數反轉的，整個激勵裝置，通常是由氣體放電光源（如氙燈、氪燈）和聚光器組成，這種激勵方式也稱作燈泵浦。

②氣體放電激勵。是利用在氣體工作物質內發生的氣體放電過程來實現粒子數反轉的，整個激勵裝置通常由放電電極和放電電源組成。

③化學激勵。是利用在工作物質內部發生的化學反應過程來實現粒子數反轉的，通常要求有適當的化學反應物和相應的引發措施。

④核能激勵。是利用小型核裂變反應所產生的裂變碎片、高能粒子或放射線來激勵工作物質並實現粒子數反轉的。

除自由電子激光器外，各種激光器的基本工作原理均相同。產生激光的必不可少的條件是粒子數反轉和增益大於損耗，所以裝置中必不可少的組成部分有激勵（或抽運）源、具有亞穩態能級的工作介質兩個部分。

激勵是工作介質吸收外來能量後激發到激發態，為實現並維持粒子數反轉創造條件。激勵方式有光學激勵、電激勵、化學激勵和核能激勵等。工作介質具有亞穩能級是使受激輻射佔主導地位，從而實現光放大。

激光器中常見的組成部分還有諧振腔，但諧振腔（ 見光學諧振腔）並非必不可少的組成部分，諧振腔可使腔內的光子有一致的頻率、相位和運行方向，從而使激光具有良好的方向性和相乾性。

而且，它可以很好地縮短工作物質的長度，還能通過改變諧振腔長度來調節所產生激光的模式（即選模），所以一般激光器都具有諧振腔。

Ⅵ 激光器主要由幾部分組成各自的用處是什麼

激光器一般由三個部分組成，固體激光器也不例外：
（1）.工作物質
這是激光器的核心，只有能實現能級躍遷的物質才能作為激光器的工作物質。目前，激光工作物質已有數千種，激光波長已由X光遠至紅外光。例如氦氖激光器中，通過氦原子的協助，使氖原子的兩個能級實現粒子數反轉；
（2）.激勵能源（光泵）
它的作用是給工作物質以能量，即將原子由低能級激發到高能級的外界能量。
通過強光照射工作物質而實現粒子數反轉的方法稱為光泵法。例如紅寶石激光器，是利用大功率的閃光燈照射紅寶石（工作物質）而實現粒子數反轉，造成了產生激光的條件。通常可以有光能源、熱能源、電能源、化學能源等。
（3）.光學共振腔
這是激光器的重要部件，其作用一是使工作物質的受激輻射連續進行；二是不斷給光子加速；三是限制激光輸出的方向。最簡單的光學共振腔是由放置在氦氖激光器兩端的兩個相互平行的反射鏡組成。當一些氖原子在實現了粒子數反轉的兩能級間發生躍遷，輻射出平行於激光器方向的光子時，這些光子將在兩反射鏡之間來回反射，於是就不斷地引起受激輻射，很快地就產生出相當強的激光。這兩個互相平行的反射鏡，一個反射率接近100%，即完全反射。另一個反射率約為98%，激光就是從後一個反射鏡射出的。激光器主要由三部分組成：工作物質、激勵能源、諧振腔（共振腔）。如圖：紅寶石激光器的基本結構。
——固體激光器一般採用光激勵源。工作物質多為摻有雜質元素的晶體或玻璃。最常見的固體激光器有紅寶石激光器、釹玻璃激光器、摻釹釔鋁石榴石激光器等，固體激光器輸出能量高，小而堅固，在激光加工、激光武器等方面有重要應用。
激光調Q
的基本原理
調Q技術就是通過某種方法使腔的Q值隨時間按一定程序變化的技術。在泵浦開始時使腔處在低Q值狀態，即提高振盪閾值，使振盪不能生成，上能級的反轉粒子數就可以大量積累，當積累到最大值（飽和值）時，突然使腔的損耗減小，Q值突增，激光振盪迅速建立起來，在極短的時間內上能級的反轉粒子數被消耗，轉變為腔內的光能量，在腔的輸出端以單一脈沖形式將能量釋放出來，於是就獲得峰值功率很高的巨脈沖激光輸出。
下面簡述電光晶體調Q的工作原理。YAG晶體在氙燈的光泵下發射自然光，通過偏振棱鏡後，變成沿x方向的線偏振光，若調制晶體上未加電壓，光沿光軸通過晶體，其偏振狀態不發生變化，經全反射鏡反射後，再次（無變化的）通過調制晶體和偏振棱鏡，電光Q開關處於「打開」狀態。如果在調制晶體上施加電壓，由於縱向電光效應，當沿x方向的線偏振光通過晶體後，經全反鏡反射回來，再次經過調制晶體，偏振面相對於入射光偏轉了900，偏振光不能再通過偏振棱鏡，Q開關處於「關閉」狀態。如果再氙燈敢開始點燃時，事先再調制晶體上加電壓，使諧振腔處於「關閉」的低Q狀態，阻斷激光振盪形成。待激光上能級反轉的粒子數積累到最大值時，突然撤去晶體上的電壓，使激光器瞬間處於高Q值狀態，產生血崩式的激光振盪，就可輸出一個巨脈沖

Ⅶ 激光器的工作原理

能發射激光的裝置。1954年製成了第一台微波量子放大器，獲得了高度相乾的微波束。1958年A.L.肖洛和C.H.湯斯把微波量子放大器原理推廣應用到光頻范圍，並指出了產生激光的方法。1960年T.H.梅曼等人製成了第一台紅寶石激光器。1961年A.賈文等人製成了氦氖激光器。1962年R.N.霍耳等人創制了砷化鎵半導體激光器。以後，激光器的種類就越來越多。按工作介質分，激光器可分為氣體激光器、固體激光器、半導體激光器和染料激光器4大類。近來還發展了自由電子激光器，其工作介質是在周期性磁場中運動的高速電子束，激光波長可覆蓋從微波到X射線的廣闊波段。按工作方式分，有連續式、脈沖式、調Q和超短脈沖式等幾類。大功率激光器通常都是脈沖式輸出。各種不同種類的激光器所發射的激光波長已達數千種，最長的波長為微波波段的0.7毫米，最短波長為遠紫外區的210埃，X射線波段的激光器也正在研究中。

除自由電子激光器外，各種激光器的基本工作原理均相同，裝置的必不可少的組成部分包括激勵（或抽運）、具有亞穩態能級的工作介質和諧振腔（ 見光學諧振腔）3部分。激勵是工作介質吸收外來能量後激發到激發態，為實現並維持粒子數反轉創造條件。激勵方式有光學激勵、電激勵、化學激勵和核能激勵等。工作介質具有亞穩能級是使受激輻射佔主導地位，從而實現光放大。諧振腔可使腔內的光子有一致的頻率、相位和運行方向，從而使激光具有良好的定向性和相乾性。

激光工作物質 是指用來實現粒子數反轉並產生光的受激輻射放大作用的物質體系，有時也稱為激光增益媒質，它們可以是固體（晶體、玻璃）、氣體（原子氣體、離子氣體、分子氣體）、半導體和液體等媒質。對激光工作物質的主要要求，是盡可能在其工作粒子的特定能級間實現較大程度的粒子數反轉，並使這種反轉在整個激光發射作用過程中盡可能有效地保持下去；為此，要求工作物質具有合適的能級結構和躍遷特性。

激勵(泵浦)系統 是指為使激光工作物質實現並維持粒子數反轉而提供能量來源的機構或裝置。根據工作物質和激光器運轉條件的不同，可以採取不同的激勵方式和激勵裝置，常見的有以下四種。①光學激勵(光泵)。是利用外界光源發出的光來輻照工作物質以實現粒子數反轉的，整個激勵裝置，通常是由氣體放電光源（如氙燈、氪燈）和聚光器組成。②氣體放電激勵。是利用在氣體工作物質內發生的氣體放電過程來實現粒子數反轉的，整個激勵裝置通常由放電電極和放電電源組成。③化學激勵。是利用在工作物質內部發生的化學反應過程來實現粒子數反轉的，通常要求有適當的化學反應物和相應的引發措施。④核能激勵。是利用小型核裂變反應所產生的裂變碎片、高能粒子或放射線來激勵工作物質並實現粒子數反轉的。

光學共振腔 通常是由具有一定幾何形狀和光學反射特性的兩塊反射鏡按特定的方式組合而成。作用為：①提供光學反饋能力，使受激輻射光子在腔內多次往返以形成相乾的持續振盪。②對腔內往返振盪光束的方向和頻率進行限制，以保證輸出激光具有一定的定向性和單色性。共振腔作用①，是由通常組成腔的兩個反射鏡的幾何形狀（反射面曲率半徑）和相對組合方式所決定；而作用②，則是由給定共振腔型對腔內不同行進方向和不同頻率的光，具有不同的選擇性損耗特性所決定的。

分類 激光器的種類是很多的。下面，將分別從激光工作物質、激勵方式、運轉方式、輸出波長范圍等幾個方面進行分類介紹。

按工作物質分類 根據工作物質物態的不同可把所有的激光器分為以下幾大類：①固體（晶體和玻璃）激光器，這類激光器所採用的工作物質，是通過把能夠產生受激輻射作用的金屬離子摻入晶體或玻璃基質中構成發光中心而製成的；②氣體激光器，它們所採用的工作物質是氣體，並且根據氣體中真正產生受激發射作用之工作粒子性質的不同，而進一步區分為原子氣體激光器、離子氣體激光器、分子氣體激光器、準分子氣體激光器等；③液體激光器，這類激光器所採用的工作物質主要包括兩類，一類是有機熒光染料溶液，另一類是含有稀土金屬離子的無機化合物溶液,其中金屬離子（如Nd）起工作粒子作用，而無機化合物液體（如SeOCl）則起基質的作用；④半導體激光器，這類激光器是以一定的半導體材料作工作物質而產生受激發射作用，其原理是通過一定的激勵方式(電注入、光泵或高能電子束注入)，在半導體物質的能帶之間或能帶與雜質能級之間，通過激發非平衡載流子而實現粒子數反轉，從而產生光的受激發射作用；⑤自由電子激光器，這是一種特殊類型的新型激光器，工作物質為在空間周期變化磁場中高速運動的定向自由電子束，只要改變自由電子束的速度就可產生可調諧的相干電磁輻射，原則上其相干輻射譜可從X射線波段過渡到微波區域，因此具有很誘人的前景。

按激勵方式分類 ①光泵式激光器。指以光泵方式激勵的激光器，包括幾乎是全部的固體激光器和液體激光器，以及少數氣體激光器和半導體激光器。②電激勵式激光器。大部分氣體激光器均是採用氣體放電（直流放電、交流放電、脈沖放電、電子束注入）方式進行激勵，而一般常見的半導體激光器多是採用結電流注入方式進行激勵，某些半導體激光器亦可採用高能電子束注入方式激勵。③化學激光器。這是專門指利用化學反應釋放的能量對工作物質進行激勵的激光器，反希望產生的化學反應可分別採用光照引發、放電引發、化學引發。④核泵浦激光器。指專門利用小型核裂變反應所釋放出的能量來激勵工作物質的一類特種激光器，如核泵浦氦氬激光器等。

按運轉方式分類 由於激光器所採用的工作物質、激勵方式以及應用目的的不同，其運轉方式和工作狀態亦相應有所不同，從而可區分為以下幾種主要的類型。①連續激光器，其工作特點是工作物質的激勵和相應的激光輸出，可以在一段較長的時間范圍內以連續方式持續進行，以連續光源激勵的固體激光器和以連續電激勵方式工作的氣體激光器及半導體激光器，均屬此類。由於連續運轉過程中往往不可避免地產生器件的過熱效應，因此多數需採取適當的冷卻措施。②單次脈沖激光器，對這類激光器而言，工作物質的激勵和相應的激光發射，從時間上來說均是一個單次脈沖過程，一般的固體激光器、液體激光器以及某些特殊的氣體激光器，均採用此方式運轉，此時器件的熱效應可以忽略，故可以不採取特殊的冷卻措施。③重復脈沖激光器，這類器件的特點是其輸出為一系列的重復激光脈沖，為此，器件可相應以重復脈沖的方式激勵，或以連續方式進行激勵但以一定方式調制激光振盪過程,以獲得重復脈沖激光輸出,通常亦要求對器件採取有效的冷卻措施。④調激光器,這是專門指採用一定的 開關技術以獲得較高輸出功率的脈沖激光器，其工作原理是在工作物質的粒子數反轉狀態形成後並不使其產生激光振盪 (開關處於關閉狀態)，待粒子數積累到足夠高的程度後，突然瞬時打開 開關，從而可在較短的時間內（例如10～10秒）形成十分強的激光振盪和高功率脈沖激光輸出（見技術'" class=link>激光調 技術）。⑤鎖模激光器，這是一類採用鎖模技術的特殊類型激光器，其工作特點是由共振腔內不同縱向模式之間有確定的相位關系，因此可獲得一系列在時間上來看是等間隔的激光超短脈沖（脈寬10～10秒）序列，若進一步採用特殊的快速光開關技術，還可以從上述脈沖序列中選擇出單一的超短激光脈沖（見激光鎖模技術）。⑥單模和穩頻激光器，單模激光器是指在採用一定的限模技術後處於單橫模或單縱模狀態運轉的激光器，穩頻激光器是指採用一定的自動控制措施使激光器輸出波長或頻率穩定在一定精度范圍內的特殊激光器件，在某些情況下，還可以製成既是單模運轉又具有頻率自動穩定控制能力的特種激光器件（見激光穩頻技術）。⑦可調諧激光器，在一般情況下，激光器的輸出波長是固定不變的，但採用特殊的調諧技術後，使得某些激光器的輸出激光波長，可在一定的范圍內連續可控地發生變化，這一類激光器稱為可調諧激光器（見激光調諧技術）。

按輸出波段范圍分類 根據輸出激光波長范圍之不同，可將各類激光器區分為以下幾種。①遠紅外激光器，輸出波長范圍處於25～1000微米之間, 某些分子氣體激光器以及自由電子激光器的激光輸出即落入這一區域。②中紅外激光器，指輸出激光波長處於中紅外區(2.5～25微米)的激光器件,代表者為CO分子氣體激光器(10.6微米)、 CO分子氣體激光器（5～6微米）。③近紅外激光器,指輸出激光波長處於近紅外區（0.75～2.5微米）的激光器件，代表者為摻釹固體激光器（1.06微米）、CaAs半導體二極體激光器(約 0.8微米)和某些氣體激光器等。④可見激光器，指輸出激光波長處於可見光譜區（4000～7000埃或0.4～0.7微米）的一類激光器件，代表者為紅寶石激光器 （6943埃）、 氦氖激光器（6328埃）、氬離子激光器（4880埃、5145埃）、氪離子激光器（4762埃、5208埃、5682埃、6471埃）以及一些可調諧染料激光器等。⑤近紫外激光器，其輸出激光波長范圍處於近紫外光譜區（2000～4000埃），代表者為氮分子激光器(3371埃)氟化氙(XeF)準分子激光器（3511埃、3531埃）、 氟化氪(KrF)準分子激光器(2490埃)以及某些可調諧染料激光器等⑥真空紫外激光器,其輸出激光波長范圍處於真空紫外光譜區(50～2000埃）代表者為（H）分子激光器 (1644～1098埃)、氙(Xe)準分子激光器（1730埃）等。⑦X射線激光器, 指輸出波長處於X射線譜區（0.01～50埃）的激光器系統，目前軟X 射線已研製成功，但仍處於探索階段