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1、3.3 3.3 固体激光器固体激光器 1960 1960年年，美国人，美国人梅曼梅曼(T.H.Maiman)(T.H.Maiman)发明了发明了世界上第一台世界上第一台红宝石红宝石激光器。激光器。1.红宝石晶体红宝石晶体 红宝石是在三氧化二铝红宝石是在三氧化二铝(A12O3)中掺入少量的中掺入少量的氧化铬氧化铬(Cr2O3)生长成的晶体。它的吸收光谱特性生长成的晶体。它的吸收光谱特性主要取决于铬离子主要取决于铬离子(Cr3)。它属于三能级系统，。它属于三能级系统，如图如图为其为其简化能级模型。简化能级模型。红宝石中铬离子的能级结构24AE242AA2.2.掺钕钇铝石榴石掺钕钇铝石榴石 (NdN
2、d3 3 :YAG):YAG)Nd3:YAG 的能级结构的能级结构2).2).吸收光谱：吸收光谱：Nd3:YAG 晶体的吸收光谱晶体的吸收光谱如图，如图，二、固体激光器的泵浦系统二、固体激光器的泵浦系统1.固体激光工作物质是绝缘晶体，一般都采用光泵固体激光工作物质是绝缘晶体，一般都采用光泵浦激励。目前的泵浦光源多为工作于弧光放电状态浦激励。目前的泵浦光源多为工作于弧光放电状态的惰性气体放电灯。的惰性气体放电灯。泵浦光源泵浦光源2.常用的泵浦灯在空间的辐射都是全方位的，因而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，所以为了固体工作物质一般都加工成圆柱棒形状，所
3、以为了将泵浦灯发出的光能完全聚到工作物质上，必须采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。用聚光腔。3.如图如图椭圆柱聚光腔是小型固体激光器中最常采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。面是一个椭圆。图图(5-6)椭圆柱聚光腔椭圆柱聚光腔4.固体激光器的泵浦系统还固体激光器的泵浦系统还要冷却和滤光。常用的冷却方要冷却和滤光。常用的冷却方式有液体冷却、气体冷却和传式有液体冷却、气体冷却和传导冷却等，其中以液冷最为普导冷却等，其中以液冷最为普遍。遍。5.泵浦灯和工作物质之间插入滤光器件滤去
4、泵浦泵浦灯和工作物质之间插入滤光器件滤去泵浦光中的紫外光谱。光中的紫外光谱。三、工作物质的热效应及散热三、工作物质的热效应及散热.工作物质的热效应工作物质的热效应ttt3.4 3.4 染料激光器染料激光器一、一、染料激光器的激发机理染料激光器的激发机理1.染料分子能级 染料分子能级图染料分子能级图染料分子能级图是如图所示的染料分子能级图是如图所示的准连续态准连续态能级结构。能级结构。2.染料分子的光辐射过程 染料的吸收染料的吸收-荧光光谱图荧光光谱图染料的吸收-荧光光谱图3.染料分子的三重态“陷阱”二、染料激光器的泵浦二、染料激光器的泵浦1.闪光灯脉冲泵浦 泵浦用闪光灯有两种结构，普通直管式和
5、同轴式。泵浦用闪光灯有两种结构，普通直管式和同轴式。2.激光脉冲泵浦 能够用于泵浦染料激光器的激光种类很多，主能够用于泵浦染料激光器的激光种类很多，主要有氮分子激光器要有氮分子激光器(0(0.337337 m)m)，红宝石激光器，红宝石激光器(0(0.69436943 m)m)，钕玻璃激光器，钕玻璃激光器(1(1.0606 m)m)，铜蒸气激，铜蒸气激光器光器(0(0.51065106 m m、0 0.57825782 m)m)，准分子激光器，准分子激光器(主要主要在紫外区在紫外区)以及这些激光的二次、三次谐波等。以及这些激光的二次、三次谐波等。如图为经常采用的三镜如图为经常采用的三镜腔式染料
6、激光器结构示腔式染料激光器结构示意图。意图。三镜腔式染料激光器三镜腔式染料激光器三、染料激光器的调谐三、染料激光器的调谐1.光栅调谐光栅调谐 如图是一种光栅如图是一种光栅-反射镜调谐腔，放在腔中的光反射镜调谐腔，放在腔中的光栅栅G G具有扩束和色散作用。具有扩束和色散作用。光栅光栅-反射镜调谐腔反射镜调谐腔2.棱镜调谐 如图是一种折叠式纵向泵浦染料激光器原如图是一种折叠式纵向泵浦染料激光器原理图，腔内放置的棱镜是一种色散元件。理图，腔内放置的棱镜是一种色散元件。棱镜调谐腔棱镜调谐腔3.双折射滤光片调谐双折射滤光片调谐 图(5-22)典型染料激光器原理示意图u利用双折射滤光片调谐，是目前染料激光
7、器广泛采利用双折射滤光片调谐，是目前染料激光器广泛采用的调谐方法，国内外的用的调谐方法，国内外的ArAr激光、激光、YAGYAG倍频激光泵浦倍频激光泵浦的染料激光器，都使用这种方法调谐。如图给出的典的染料激光器，都使用这种方法调谐。如图给出的典型染料激光器就是利用双折射滤光片进行调谐的。型染料激光器就是利用双折射滤光片进行调谐的。六、新型固体激光器六、新型固体激光器1.半导体激光器泵浦的固体激光器半导体激光器泵浦的固体激光器 半导体激光器泵浦固体激光器与闪光灯泵浦固半导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示意图半
8、导体激光器泵浦固体激光器的结构示意图半导体激光器泵浦固体激光器的结构，有端泵半导体激光器泵浦固体激光器的结构，有端泵浦方式和侧泵浦方式。浦方式和侧泵浦方式。2.可调谐固体激光器 可调谐固体激光器主要有两类，一类是色心激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。作的可调谐激光器。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。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分布、应力双折射等固有引起的一系列如折射率分布、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。矛盾而提出的一种结构方案，其结构如图。图(5-8)板条形固体激光器结构示意图
