固体激光器原理与技术综合实验(英田激光详解固体激光器的特性及应用趋势)

屈默私家牧场

2022-04-27 18:16:29

固体激光器的工作原理和基本结构

英田激光（400-9900-509）表示在固体激光器中，工作物质吸收外来能量后激发到激发态，为实现并维持粒子数反转创造条件，从而实现光放大，输出激光。

固体激光器基本上都是由工作物质、泵浦系统、谐振腔和冷却、滤光系统构成的。如图1所示:

1)工作物质

激光器核心是工作物质，包括激活粒子(都是金属)和基质两部分。激光的光谱特性和荧光寿命等激光特性由激活粒子的能级结构决定，而基质则主要决定了工作物质的理化性质。按照激活粒子的能级结构的不同，我们可把它分为三能级系统( 例如红宝石激光器)和四能级系统(例如Er: YAG激光器)。当前常用的工作物质的形状主要有4种:圆柱形(目前使用最多)、平板形、圆盘形和管状6。

2)泵浦系统

泵浦系统的作用是提供能量,从而使在工作物质中上下能级的粒子数处于反转状态，目前最主要采用的方式是光泵浦。泵浦光源需要满足两个基本的必要条件:发光效率很高以及辐射光的光谱特性必须与工作物质的吸收光谱相匹配。

其他常用的泵浦源主要包括:惰性气体放电灯、太阳能及二极管激光器。目前最常用的是惰性气体放电灯，而太阳能泵浦主要用在小功率器件(特别是在航空工作中的小激光器可以把太阳能作为永久能源)，目前固体激光器的发展方向是二极管(LD)泵浦，它具有固体激光器和半导体激光器的双重特点:高光电转换效率、高功率、高稳定性、高可靠性、寿命长、体积小等优势，已成为固体激光发展中最具前景的方向之一。

按泵浦方式不同可把二极管泵浦的激光器分为端面泵浦、侧面泵浦、边面泵浦和混合泵浦等多种方式。如下图2 (a)所示的端泵浦方式和图2 (b)所示的侧泵浦方式。

3)聚光系统

聚光系统有两个作用[7]:一个是使泵浦源与工作物质有效的耦合;另一个是决定激光物质上泵浦光密度的分布，从而影响输出光束的均匀性、发散度和光学畸变。工作物质和泵浦源都安装在聚光腔内，因此泵浦的效率和工作性能由聚光腔的优劣决定。目前小型的固体激光器最常采用的是椭圆形聚光腔,如图3所示:

4)光学谐振腔

全反射镜和部分反射镜是固体激光器的重要组成部分,它们组成了光学谐振腔。光学谐振腔的作用是:提供光学正反馈维持激光持续振荡以形成受激发射并且对振荡光束的方向和频率给予限制，从而保证输出激光的高单色性和高定向性。由相互放置的两个平面镜(或者球面镜)构成的光学谐振腔是目前固体激光器最常用的。

5)冷却与滤光系统

在激光器中最不可或缺的辅导装置是冷却与滤光系统。由于固体激光器在工作中容易产生非常严重的热效应，故- -般必须采取冷却措施。为了保证能够正常使用激光器以及保护器材，通常冷却激光工作物质、泵浦系统和聚光腔。冷却方法有液体冷却、气体冷却和传导冷却，其中最常用的是液体冷却。滤光系统对获取高单色性的激光束起到了非常大的作用，它能过滤掉大多数的泵浦光和一.部分干扰光，从而获得单色性非常好的输出激光。

固体激光器原理