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解決方案

激光器的原理組成及應用

來源:必盛激光2019-05-21 我要評論(0 )   

激光器是一種能發射激光的裝置,按工作介質分,激光器可分為(wei) 氣體(ti) 激光器、固體(ti) 激光器、半導體(ti) 激光器和染料激光器4大類,近來還發

激光器是一種能發射激光的裝置,按工作介質分,激光器可分為(wei) 氣體(ti) 激光器、固體(ti) 激光器、半導體(ti) 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,大功率激光器通常都是脈衝(chong) 式輸出。

激光器的工作原理

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(chan) 生激光的必不可少的條件是粒子數反轉和增益大於(yu) 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(ya) 穩態能級的工作介質兩(liang) 個(ge) 部分。激勵是工作介質吸收外來能量後激發到激發態,為(wei) 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(ya) 穩能級是使受激輻射占主導地位,從(cong) 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(nei) 的光子有一致的頻率、相位和運行方向,從(cong) 而使激光具有良好的方向性和相幹性。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(chan) 生激光的模式(即選模),所以一般激光器都具有諧振腔。

激光器一般由三個(ge) 部分組成

1、工作物質:激光器的核心,隻有能實現能級躍遷的物質才能作為(wei) 激光器的工作物質。

2、激勵能源:它的作用是給工作物質以能量,將原子由低能級激發到高能級的外界能量。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: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;三是限製激光輸出的方向。最簡單的光學共振腔是由放置在氦氖激光器兩(liang) 端的兩(liang) 個(ge) 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(liang) 能級間發生躍遷,輻射出平行於(yu) 激光器方向的光子時,這些光子將在兩(liang) 反射鏡之間來回反射,於(yu) 是就不斷地引起受激輻射,很快地就產(chan) 生出相當強的激光。

激光器發出的光質量純淨、光譜穩定可以在很多方麵被應用

紅寶石激光:最初的激光器是紅寶石被明亮的閃光燈泡所激勵,所產(chan) 生的激光是“脈衝(chong) 激光”,而非連續穩定的光束。這種激光器產(chan) 生的光速質量和我們(men) 現在使用的激光二極管產(chan) 生的激光有本質的區別。這種僅(jin) 僅(jin) 持續幾納秒的強光發射非常適合捕捉容易移動的物體(ti) ,例如拍攝全息的人物肖像畫,第一副激光肖像在1967年誕生。紅寶石激光器需要昂貴的紅寶石而且隻能產(chan) 生短暫的脈衝(chong) 光。

氦氖激光器:1960年科學家Ali Javan、William R.Brennet Jr.和Donald Herriot 設計了氦氖激光器。這是第一台氣體(ti) 激光器,這種激光器是全息攝影師常用的裝備。兩(liang) 個(ge) 優(you) 點:1、產(chan) 生連續激光輸出;2、不需要閃光燈泡進行光激勵,而用電激勵氣體(ti) 。

激光二極管:激光二極管是當前最為(wei) 常用的激光器之一,在二極管的PN結兩(liang) 側(ce) 電子與(yu) 空穴的自發複合而發光的現象稱為(wei) 自發輻射。當自發輻射所產(chan) 生的光子通過半導體(ti) 時,一旦經過已發射的電子—空穴對附近,就能激勵二者複合,產(chan) 生新光子,這種光子誘使已激發的載流子複合而發出新光子現象稱為(wei) 受激輻射。

如果注入電流足夠大,則會(hui) 形成和熱平衡狀態相反的載流子分布,即粒子數反轉。當有源層內(nei) 的載流子在大量反轉情況下,少量自發輻射產(chan) 生的光子由於(yu) 諧振腔兩(liang) 端麵往複反射而產(chan) 生感應輻射,造成選頻諧振正反饋,或者說對某一頻率具有增益。當增益大於(yu) 吸收損耗時,就可從(cong) PN結發出具有良好譜線的相幹光——激光。激光二極管的發明讓激光應用可以迅速普及,各類信息掃描、光纖通信、激光測距、激光雷達、激光唱片、激光指示器、超市的收款等等,各類應用正在不斷被開發和普及。

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