《固体激光器》PPT课件

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1、第5章固体激光器王春雨材料学院A202室0631-5687125E-mail:wcyadam@126.com(WANGChunyu)哈尔滨工业大学（威海）材料科学与工程学院固体激光器红宝石激光器YAG激光器工作物质Al2O3＋Cr2O3；Cr3＋决定光谱性能Al2O3＋Y2O3＋Nd2O3；Nd3＋决定光谱性能物理过程三能级系统四能级系统激光谱线0.6943μm+0.6929μm；0.6943μm占优势1.35μm+1.06μm；一般只产生1.06μm泵浦源脉冲氙灯氪灯由于固体激光器的工作物质是绝缘晶体，所以一般用光泵浦源激励泵浦特点*泵

2、浦灯和激光棒分别位于椭圆聚光腔的两条焦线上*泵浦光源中仅有少部分与工作物质吸收带相匹配的光能是有用的。优缺点阈值高、温度效应非常严重、室温下不适于连续和高重复率工作阈值低、有优良的热学性质、适于连续和高重复率工作；是目前能在室温下连续工作的唯一实用的固体工作物质输出特性大多数为脉冲激光器，产生的激光脉冲是一系列的尖峰，宽度约为几个微米转换效率低(总体效率：激光输出与泵浦源的电输入之比)总体效率大概为0.5%-1%1%-3%特点输出能量大；峰值功率高；5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质1.固体激光器基本上都是由工作物质、泵浦系统、谐振

3、腔和冷却、滤光系统构成的。图5-1是长脉冲固体激光器的基本结构示意图(冷却、滤光系统未画出)。图5-1固体激光器的基本结构示意图5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质2.红宝石激光器图(5-3)红宝石中铬离子的能级结构5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质3.掺钕钇铝石榴石(Nd3＋：YAG)工作物质:将一定比例的A12O3、Y2O3，和Nd2O3在单晶炉中进行熔化结晶而成的，呈淡紫色。它的激活粒子是钕离子(Nd3＋)，YAG中Nd3＋与激光产生有关的能级结构如图(5-5)所示。它属于四能级系统。图(5-5)Nd3＋:YAG的能级结构

4、5.1.2固体激光器的泵浦系统1.固体激光工作物质是绝缘晶体，一般都采用光泵浦激励。泵浦光源应当满足两个基本条件。2.常用的泵浦灯在空间的辐射都是全方位的，因而固体工作物质一般都加工成圆柱棒形状，所以为了将泵浦灯发出的光能完全聚到工作物质上，必须采用聚光腔。3.图(5-6)所示的椭圆柱聚光腔是小型固体激光器中最常采用的聚光腔，它的内表面被抛光成镜面，其横截面是一个椭圆。图(5-6)椭圆柱聚光腔4.固体激光器的泵浦系统还要冷却和滤光。常用的冷却方式有液体冷却、气体冷却和传导冷却等，其中以液冷最为普遍。5.泵浦灯和工作物质之间插入滤光器件滤去

5、泵浦光中的紫外光谱。5.1.3固体激光器的输出特性1.固体激光器的激光脉冲特性2.转换效率总体效率定义为激光输出与泵浦灯的电输入之比。对于连续激光器(用功率描述)和脉冲激光器(用能量描述)分别表示为：一般的脉冲固体激光器产生的激光脉冲是由一连串不规则振荡的短脉冲(或称尖峰)组成的，各个短脉冲的持续时间约为(0.11)m，各短脉冲之间的间隔约为(510)s。泵浦光愈强，短脉冲数目愈多，其包络峰值并不增加。5.1.4新型固体激光器1.半导体激光器泵浦的固体激光器图(5-7)半导体激光器泵浦固体激光器的结构示意图2.可调谐固体激光器半导

6、体激光器泵浦固体激光器与闪光灯泵浦固体激光器相比有其主要优点半导体激光器泵浦固体激光器的结构，有如图(5-7)(a)所示的端泵浦方式和图(5-7)(b)所示的侧泵浦方式。可调谐固体激光器主要有两类，一类是色心激光器，一类是用掺过渡族金属离子的激光晶体制作的可调谐激光器。5.1.4新型固体激光器3.高功率固体激光器高功率固体激光器主要是指输出平均功率在几百瓦以上的各种连续、准连续及脉冲固体激光器，它一直是军事应用和激光加工应用所追求的目标。从二十世纪七十年代起开始研制的板条形固体激光器，就是针对克服工作物质中的热分布及其引起的一系列如折射率

7、分布、应力双折射等固有矛盾而提出的一种结构方案，其结构如图(5-8)所示。图(5-8)板条形固体激光器结构示意图第八讲半导体激光器（一）主要内容半导体激光器的工作原理半导体激光器的基本结构半导体激光器工作原理半导体激光器是向半导体PN结注入电流，实现粒子数反转分布，产生受激辐射，并利用光学谐振腔的正反馈实现光放大而产生激光。半导体激光器工作原理光与物质相互作用的三种基本方式粒子数反转分布激光振荡和光学谐振腔光与物质相互作用的三种基本方式自发辐射——无外界激励而高能级电子自发跃迁到低能级，同时释放出光子。受激辐射——高能级电子受到外来光作用

8、，被迫跃迁到低能级，同时释放出光子，且产生的新光子与外来激励光子同频同方向，为相干光。受激吸收——低能级电子在外来光作用下吸收光能量而跃迁到高能级。E2E1E2E1hf12hf12hf12hf