固体激光器的特点及应用 固体激光器原理( 二 )


2.2激光器的发明与发展
上世纪20年代,Albert Einstein的光子受激辐射原理为激光的出现提供了巨大的帮助,这个原理是指处于高能态的光子受到低能态的光子作用,转变成低能态,并且产生第二个,同之前的光子一起发射[3] 。
1951年,汤斯提出了微波激射器的概念 。1954年,美国科学家汤斯和俄国科学家普罗霍罗夫得到了氨分子的粒子束发转现象,不久之后他们又发现了微波的受激发射 。
1956年,荷兰物理学家Bloembergen创造了通过光泵浦三能级原子系统能够将粒子束进行反向排列的概念 。
1958年,美国物理学家Schawlow和Townes通过谐振腔的作用得到了激光器以及俄国科学家普罗霍罗夫也研制成功了振荡器和放大器,这两个发明对于激光的发现提供了非常伟大的帮助 。
1960年,在前人激光理论基础上,美国物理学家Maiman研发了全球首台激光器 。
1965年,人类历史上首台CO2激光器在美国被顺利研发成功,这是有史以来世界上首台可以生产大功率的激光器 。紧接着两年后X射线激光器也被顺利的研发出来 。现在我们生活的各个领域对激光技术基本上都有普遍的运用 。
而对于我国激光器具体的研制成功的发展情况,由下表2.1可以清晰的看到:
2.3激光器的类型
自上世纪60年代激光器发明至今,有关这方面的科学技术已经得到了很大的进步,现在各行各业都有激光技术的成功运用 。激光器的类型较多,我们可以遵循以下的分类手段将其类别:
1)工作物质:按照这种方式我们可以将其主要分为固体、气体、染料、半导体、光纤以及自由电力等六种激光器 。
2)激励方式:按照这种方式可以将其分为光泵式、化学以及核泵浦三种激光器[4];
3)运转方式:按照这种方式可以将其分为连续、单脉冲、锁模以及可调谐等四类激光器 。
4) 按输出波长的长度为标准来对其进行区别,包括红外激光器、可见激光器、紫外激光器和X射线激光器四类 。
如下表2.2所示:
表2 .2 激光器的分类
第三章 固体激光器3.1固体激光器的工作原理和基本结构
这种激光器的作用原理是工作物质通过能量吸收后达到激发态,为了能够使得粒子束反转以及保持这种状态提供体检,进而使得光放大然后输出 。这类激光器的结构如下图3.1所示:
1)工作物质aa
工作物质是激光器能够产生作用不可缺少的关键构成成员,它包括激活粒子和基质两种构成成分 。激光中的很多重要的性能参数都是由激活粒子能级构造作用而成,基质主要是对物质的性能产生影响 。
2)泵浦系统
泵浦系统工作的时候需要的前提工作条件有两个必要条件:一是泵浦的发光效率一定要满足系统的运行;二是对于受激辐射光的属性一定要和工作物质的光谱属性相一致 。
我们还有经常使用的泵浦源有:太阳能、惰性气体等和激光二极管等 。现在惰性气体是最经常使用的泵浦源,而在小型的功率器件中太阳能这类的泵浦源经常用到,现在我们在这方面的技术正在朝着LD泵浦的方向迈进,它的优良特点比较明显:具有很强的光转换率、功率大、稳定性好、安全可靠、使用时间长以及体积小等,现在它已经是固体激光发展中最有发展前景的泵浦源 。
LD激光器可以分为端面、侧面、边面以及混合泵等分类形式[5],图3.2为端面和侧面的泵浦结构图 。
3)聚光系统
该部分主要有以下两个功能:首先是把工作物质和泵浦系统结合起来;第二个功能则是对于工作物质的光密度排列方式起着决定作用,进而可以对光束的各种参数性能指标进行干扰 。聚光腔内由工作物质以及泵浦源组成,所以泵浦的性能好坏影响程度主要受到聚光腔的影响 。现在一些比较小的固体激光器常常采用如图3.3所示的椭圆形腔 。

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