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激光器概述红宝石激光器 工作原理主要特点举例说明 固体激光器 分类与特点钛-蓝宝石激光器锁模技术 光纤激光器 优势与应用掺铒光纤放大器#xff08;EDFA#xff09;隔离器与法拉第效应 气体激光器 常见类型工作原理举例说明 半导体激光器 现状与优势工作原理应用…yt2 目录
激光器概述红宝石激光器 工作原理主要特点举例说明 固体激光器 分类与特点钛-蓝宝石激光器锁模技术 光纤激光器 优势与应用掺铒光纤放大器EDFA隔离器与法拉第效应 气体激光器 常见类型工作原理举例说明 半导体激光器 现状与优势工作原理应用领域 总结与关键点 1. 激光器概述
激光Laser是一种通过受激辐射产生的高度相干、单色性和方向性的光源。激光器根据增益介质的不同可分为多种类型包括红宝石激光器、固体激光器、光纤激光器、气体激光器和半导体激光器。 2. 红宝石激光器
工作原理
增益介质红宝石晶体含铬离子Cr³⁺的刚玉Al₂O₃。泵浦方式使用闪光灯绿色或紫色光激发铬离子。谐振腔红宝石晶体表面作为反射镜形成光在腔内反射放大。粒子数反转通过闪光灯泵浦使高能级铬离子数目超过低能级实现激光发射。
主要特点
历史意义首台成功研发的激光器由托马斯·梅曼于1960年制造。激光输出产生可见的红色激光光束脉冲持续时间约为毫秒级。
举例说明
使用绿色闪光灯泵浦红宝石晶体铬离子被激发至高能级形成粒子数反转通过受激辐射发射红色激光光束在谐振腔内反复放大最终输出强烈的激光束。 3. 固体激光器
分类与特点
增益介质固体晶体如掺钕Nd:YAG、掺钛-蓝宝石Ti:Sapphire。泵浦源气体激光器或半导体激光二极管。特点 高功率输出可调波长通常采用锁模技术生成短脉冲体积较大成本较高
钛-蓝宝石激光器
四能级系统提高激光效率。广泛调节波长700-1000纳米可通过光学元件调整。锁模技术产生飞秒级超短脉冲应用于精密加工和科学研究。
锁模技术
定义同步谐振腔内所有激光模式的相位形成稳定的超短脉冲。原理通过“快门”控制脉冲通过相位锁定使多个频率模式叠加形成脉冲。 4. 光纤激光器
优势与应用
优势 高灵活性与紧凑性高功率输出适用于工业制造如切割、焊接 应用飞秒高功率光纤激光器在精密加工、医学成像和科学研究中广泛应用。
掺铒光纤放大器EDFA
工作原理在1550纳米光纤中掺入铒离子使用980纳米激光泵浦放大1550纳米信号光。特点商用EDFA增益高达40 dB适用于长距离光纤通信。谐振腔构建使用光纤布拉格光栅FBG作为反射镜。
隔离器与法拉第效应
问题EDFA输出直接连接输入会导致光信号反射干扰放大器。解决方案使用基于法拉第效应的隔离器。法拉第效应在磁场下光的偏振方向旋转使光只能单向传输。隔离器结构前后各置线性偏振片利用偏振旋转阻挡反向光。 5. 气体激光器
常见类型
氦-氖激光器He-Ne波长632.8纳米红色激光应用于指示器、全息术。二氧化碳激光器CO₂波长10.6微米红外激光用于工业切割、焊接。氩离子激光器Argon发射蓝色和绿色光应用于显示、科研。
工作原理
增益介质激活气体如氦、氖、氩、二氧化碳。泵浦源高压电放电激发气体形成粒子数反转。谐振腔反射镜促进光子反射和放大。激光输出部分透镜反射镜输出激光束。
举例说明
氦-氖激光器通过氦原子激发能量传递给氖原子形成粒子数反转氖原子跃迁释放红色激光光子广泛用于激光指示器和教学实验。 6. 半导体激光器
现状与优势
现状约99%的商用激光器为半导体激光器激光二极管。优势 高效率墙插效率40-50%小型化易于集成成本低适合大规模生产
工作原理
结构 活性区PN结区域电子与空穴复合产生光子。谐振腔两端形成镜面促进光子受激辐射。封装与散热确保激光稳定输出。 电注入泵浦通过电流激励直接产生光子。
应用领域
通信光纤通信中的光源传输高速数据。打印激光打印机中的扫描与成像。医疗激光手术、眼科治疗。消费电子激光指示器、条码扫描仪、激光玩具。
举例说明
CD/DVD播放器中的激光二极管发出特定波长光束聚焦到光盘表面反射光信号被探测器接收并解码为音视频信息。 7. 总结与关键点
激光类型红宝石激光器、固体激光器、光纤激光器、气体激光器、半导体激光器。工作原理各类激光器通过不同的增益介质和泵浦方式实现粒子数反转与激光发射。应用领域从工业制造到通信、医疗和消费电子激光技术广泛应用于多个领域。关键技术锁模技术、法拉第效应隔离器、掺铒光纤放大器等提升激光器性能与应用范围。 复习提示
理解各类激光器的增益介质和泵浦方式。掌握激光器的基本工作原理如粒子数反转、谐振腔构建。熟悉锁模技术及其在产生短脉冲中的应用。了解光纤激光器的优势及EDFA的工作原理。掌握半导体激光器的结构与应用领域。通过举例加深对各类激光器实际应用的理解。
