一個(ge) 常規的光纖激光切割機激光器包括三部分:工作物質,泵浦源和光學諧振腔。
1. 工作物質工作物質是產(chan) 生激光的物質基礎,是激光器的核心部分,是用來實現粒子數反轉並產(chan) 生受激輻射的物質體(ti) 係.工作物質的分類方式通常有兩(liang) 種:一種是根據工作物質的存在形態分類,工作物質可以分為(wei) 氣體(ti) 、固體(ti) 、液體(ti) 及半導體(ti) 等;另一種是根據速率方程理論分析產(chan) 生激光的過程所適用的能級結構,可以分為(wei) 三能級係統、四能級係統等。
在氣體(ti) 激光器中產(chan) 生光纖激光切割機激光的粒子為(wei) 氣體(ti) 分子或原子,在固體(ti) 激光器中,摻有少量過渡金屬離子或稀土離子的晶體(ti) 或玻璃為(wei) 工作物質,摻雜離子為(wei) 工作粒子,經外界能量泵浦產(chan) 生粒子數反轉後可產(chan) 生受激輻射,晶體(ti) 和玻璃為(wei) 基質材料。
液體(ti) 激光器其工作物質的存在形態為(wei) 液體(ti) ,常見的有染料激光器,其工作物質為(wei) 染料溶解於(yu) 溶劑中組成的溶液,染料分子為(wei) 工作粒子,溶劑相當於(yu) 基質。半導體(ti) 激光器的工作物質為(wei) 半導體(ti) ,雖然半導體(ti) 為(wei) 固體(ti) ,但是由於(yu) 半導體(ti) 激光器粒子數反轉的形成機理與(yu) 普通固體(ti) 激光器有本質的不同,所以一般不將二者歸為(wei) 一類。
2. 泵浦源是為(wei) 實現粒子數反轉提供能量的裝置。根據激勵時利用的能量形式,泵浦方式有放電激勵、光激勵、熱能激勵、化學能激勵等。
氣體(ti) 放電激勵是氣體(ti) 激光器常用的一種激勵方式,其激勵機理是利用在高電壓下,氣體(ti) 分子電離導電,與(yu) 此同時氣體(ti) 分子(或原子、離子)與(yu) 被電場加速的電子碰撞,吸收電子能量後躍遷到高能級,形成粒子數反轉;除此以外,還可以利用電子槍產(chan) 生的高速電子去泵浦工作物質,使之躍遷到高能級稱為(wei) 電子束激勵;半導體(ti) 激光器靠注入電流泵浦,稱為(wei) 注入式泵浦。
光激勵是利用光照射工作物質,光纖激光切割機工作物質吸收光能後產(chan) 生粒子數反轉。光激勵的光源可采用高效率、高強度的發光燈,太陽能或激光。固體(ti) 激光器和液體(ti) 激光器常用光激勵方式。
熱能激勵是用高溫加熱的方式使高能級上氣體(ti) 粒子數增多,然後突然降低氣體(ti) 溫度,因為(wei) 高低能級熱弛豫時間不同,低能級弛豫時間短,高能級弛豫時間長,從(cong) 而實現高低能級間粒子數反轉。
化學能激勵利用化學反應過程中釋放的化學能將粒子泵浦到上能級,建立粒子數反轉。化學激勵不像前述的放電激勵、光激勵和熱激勵在工作時,需要用外界能源,因此在某些特殊的缺乏電源的地方,化學激光器可以發揮其光纖激光切割機特長。
3. 光學諧振腔光學諧振腔(簡稱光腔)是產(chan) 生激光的外在條件,是激光器的重要組成部分。最簡單的光學諧振腔是在激活介質兩(liang) 端恰當放置兩(liang) 個(ge) 鍍有高反射率材料的反射鏡構成。激光所具有的髙方向性、高單色性、高相幹性和高亮度的特點,光纖激光切割機是與(yu) 光學諧振腔密不可分的。
光學諧振腔具有正反饋和選模的雙重作用。所謂正反饋,即初始光強在反射鏡間往返傳(chuan) 播,等效於(yu) 增加激活介質的長度,最終可保證得到一個(ge) 確定大小的光強。所謂選模,即控製腔內(nei) 振蕩光束的特性,使腔內(nei) 建立的光纖激光切割機振蕩被限製在腔所決(jue) 定的少數本征模式中,從(cong) 而提高單個(ge) 模式內(nei) 的光子數,獲得單色性好、方向性好的強相幹光。
激光是一種電磁波,激光器的光學諧振腔將該電磁波約束在空間的有限範圍內(nei) ,根據Maxwell電磁場理論,在一定的空間範圍內(nei) 隻能存在係列分裂的電進波的本征態,這些本征態為(wei) 光學諧振腔的模式,激光模式也就是光腔內(nei) 可以區分的電迸波本征態,由腔的結構決(jue) 定。
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