固体激光器的特点及应用 固体激光器原理( 四 )


在实现4F3/2-4I11/2、4F3/2-4I13/2、4F3/2-4I9/2能级间跃迁时,生成了三条不同的荧光谱线,由下图3.6所示,其中1.06um的谱线能量要比其它两条的大 。所以1.06um首先达到阈值形成激光振荡 。
图3.6
:
能级结构
3.2.3掺铒钇铝石榴石激光器(Er:YAG)
最近几年,由于这类激光器的波长比较独特,引起了科学家的广泛关注,并且在医学应用方面也取得了较大的应用,对于未来的发展有很好的前景 。
这类激光器的基本结构与Nd3+:YAG激光器基本结构相似,通常采用脉冲氙灯泵浦,聚光腔为镀银的单椭圆柱腔或双椭圆柱腔,但是它的光学元件必须与水蒸气隔离(不隔离激光束将破坏),因此需要将激光器密闭在干燥的容器之中[7] 。
它具有较高的光学性能、较小的损耗,而且激光输出方面比较的高,物理化学性能较稳定,能特别高效的去掉硬组织 。如下图3.7所示为激光输出波长为2.94微米的Er:YAG激光跃迁能级图 。
图3.7 Er:YAG激光跃迁能级图
3.2.4可调谐固体激光器
这一类激光器也具备了比较多的优异的特点:它的内存较大,能够使储存时间较大;其使用时间长;闪光灯或者二极管泵浦时效果非常明显;在调Q的情形下也能够正常运转;产生光束性能好,并且谐波的产生能力也较好 。
可调谐固体激光器指的是在一定范围内,能够使输出波长连续改变的固体激光器,我们可以将它分为两类[8]: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 。
前者是指工作物质为有色心的晶体,这种色心是由于正负离子的缺失造成的 。它的荧光线宽因为晶体振荡的干扰而使得其宽度较大 。
色心激光器调谐范围宽为0.6~3.65微米,线宽窄,但是大部分都只能在低温下工作 。激光晶体主要包括金绿宝石、Cr:GSGG和掺钛蓝宝石等,其中性能最好的固体可调谐材料是钛蓝宝石[9] 。
3.2.5二极管泵浦的固体激光器
第一台二极管泵浦的固体激光器诞生于1962年,它不同于以往的以闪光灯作为泵浦源的固体激光器,它的泵浦源是LD,被称为全固态激光器,这主要是因为它的元器件都是“固态”的 。它的优点比较明显: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 。
全固态激光器种类很多,可以按照如下表3.1来分类:
3.3固体激光器的优点与缺点
固体激光器的优点:
1)它的能量输出较大,而且峰值处的功率也较大 。这主要是因为它的能级构造较特殊,所以能够输出能量和功率较大的激光 。这个是它最突出的优点 。
2)它的物理机械强度较大,而且制造成本较低 。同另外的种类的相对照,这类激光器的构造更加简便且超级经用,而且它的生产成本还更加低 。
3)所需要的材料种类繁多 。它的工作物质现在少说都有100多种,并且呈现出越来越猛烈的增长势头 。
随着科学技术的发展,越来越多的特性优异的原材料被发明,以至于固体激光器的机能朝着越来越好的方向迈进 。
固体激光器的主要缺点:
1)它的热稳定性较差,持续运行一段时间就生产出很大的热量 。由于它的功率和能量输出都比较大,就非常容易的导致系统发热量过大,所以必需要对其设置冷却系统,这样才能够使得激光器长时间的运行 。
2)它的转换效率与另外的品种的激光器相对照,还比较低 。红宝石激光器工作转换效率一般在百分之零点五至百分之一之间的范围内,而掺钕钇铝石榴石激光器为百分之一至百分之二,百分之三已经是它的极限了 。

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