光电子技术201315典型激光器.ppt

* 双包层光纤结构：提高泵浦光的吸收效率 * 双包层光纤激光器结构 * Feasibility test of high power scaling * 结 束 * * 2、气体激光器 CO2激光器 He-Ne激光器 Ar离子激光器 准分子激光器 * CO2激光器 1 atm 一定压力的CO2, N2, He混合的气体分子激光器 波长 9-11um，最常见10.6um 效率高，功率范围大（几瓦~几万瓦） 光束质量好 运行方式多样，结构多样 CO2激光器中，加入其中的氦有利于激光下能级抽空。氮气加入主要在CO2激光器中起能量传递作用，为CO2激光上能级粒子数的积累与大功率高效率的激光输出起到强有力的作用。 * CO2激光器结构图 1、激光管，包括：放电管、水冷套管和储气管； 2、光学谐振腔，常用平凹腔，反射镜镀金膜，反射率达98.8％且化学性质稳定。反射镜需要应用透红外光的材料. 3、电源及泵浦：封闭式CO2激光器的放电电流较小，采用冷电极，阴极用钼片或镍片做成圆筒状。30~40mA的工作电流，阴极圆筒的面积500cm2，不致镜片污染。 * ②激励 或 或 ③受激辐射 ④下能级排空(碰撞排空) 工作过程 ①放电，气体电离产生电子 * 激光器类型 封离型纵向激励CO2激光器 高功率轴快流CO2激光器 高功率横流CO2激光器 横向激励高气压CO2激光器（TEA） 波导CO2激光器 运行方式 * * He-Ne激光器 气体原子激光器 输出谱线：632.8nm，1.15um，3.39um，以632.8nm为最常见。 功率在mW级，最大1W 光束质量好，发散角可小于1mrad 单色性好，带宽可小于20Hz 稳定性高 工作物质：He Ne混合气体，体积比8：2，少量N2 * 工作过程 形成粒子数反转(能级寿命上10-7s :下10-8s) 2、He与电子碰撞 1、放电：He电离产生电子 3、能量共振转移 * 4、受激辐射 5、紫外辐射 6、下能级排空 通过Ne与管壁的碰撞，管壁发热放电管很细（2-3mm），加大碰撞几率，利于碰撞发生。 * Ar离子激光器 气体离子激光器 连续工作的氩离子激光器可以有9条蓝绿光谱线。 主要波长488nm，514.5nm 常见功率几十瓦，最高500W 直流放电泵浦，能量转换效率低 激光跃迁上能级粒子数集聚主要有三种途径： a，基态氩离子与电子碰撞直接激发到4p态； b，先激发到高于4p的其他能级， 然后通过级联辐射跃迁至4p； c，基态氩离子激发至低于4p的亚稳态后再被激发到4p。 Ar Ion Lasers * 如果使用蓝绿波段高反射的反射镜，则所有这些谱线都会同时出现。通过使用棱镜，可以选择其中某个波长。 如果放电电流足够大，则可能在双电离氩离子上产生激光，光谱范围位于紫外300-386nm。 氪离子激光器与氩离子激光器构造基本相同，激光介质为氪气，其产生的谱线除了蓝绿光以外在红外和紫外波段都有。 * * 准分子激光器 准分子是一种在激发态结合为分子，在基态离解为原子的不稳定缔合物。（Excimer） 跃迁发生在束缚的激发态和排斥的基态之间。 高重复率,可调谐 量子效率高 波长短，紫外到可见区 常见准分子激光器如： KrF：249nm； XeCl ：308nm； ArF ：193nm。 * * 3、染料激光器 以某种有机染料溶解于一定溶剂中作为激活介质的激光器 优点： 波长可调谐，调谐范围宽 光谱分辨率高 结构简单 价格便宜 稳定性差 若丹明6G（Rhodamine 6G） 溶于甲醇或者乙二醇。 * 将充有染料溶液盒放置于激光腔内，提供泵浦，产生激光。 用光栅代替反射镜。激发辐射带宽降低到0.5 ?，可以让激光在整个荧光带范围内调节。 泵浦可以用闪光灯来实现，得到的激光脉宽1ms，峰值功率几kW，重复频率1Hz。也可以用固定波长激光器泵浦。 工作原理 * 4、自由电子激光器 真空中自由电子通过与泵浦场（周期磁场或电磁场）相互作用产生激光。 高功率（MW） 高效率（理论上50％） 宽波长调谐范围（原则上从微波到X射线） * 自由电子穿过磁场产生自发辐射，自由电子跟光场的能量转移 自由电子的群聚 光波长尺度小团，产生相干辐射 4、自由电子激光器 * 杰斐逊实验室自由电子激光器 第一个自由电子激光器（IR-Demo）于1999 年8月调试完毕 * 北京自由电子激光装置(BFEL)是一台基于30MeV电子直线射频加速器驱动、用热阴极微波电子枪 和a铁作为注入器、用平面型永磁扭摆铁和光学谐振腔作为光电互作用装置的低增益中远 红外(7-19mm)自由电子激光器。 波形光谱能量 光传输线 光腔准直监控 * 5、半导体激光器 有源层： 结构中间有一层厚0