连续激光顾名思义 激光输出时间上时连续的 脉冲激光的输出是不连续的
商用的最短能到几飞秒的量级吧 所以脉冲激光常用于测量超快的物理过程。
但是连续激光也有好处 经过稳频 可以得到很窄的线宽 能用于激光测距
精细光谱。
两者峰值功率差很多 连续激光中比较好的半导体激光器能做到百W量级
而脉冲激光现在飞秒的能做到TW的量级 脉宽越短 热作用效应越少 精细加工
中都是用脉冲激光较多。
峰值功率=单脉冲能量/脉冲宽度 平均功率=单脉冲能量*重复频率
激光的脉宽是对脉冲激光器或准连续的激光器而言的 简单说可以理解为每次发射的一个激
光脉冲的作用时间或一个激光脉冲的持续时间。重复频率是每秒中激光器发射的脉冲数 如10Hz就是指一秒钟发射10个激光脉冲。但是每个激光脉冲的脉宽就因不同激光器而不同 是纳秒级的还是微妙级的还是毫秒级的。
就像上面朋友说的 有如下关系 峰值功率=单脉冲能量/脉冲宽度 平均功率=单脉冲能量*重复频率。
激光线宽是表征激光单色性的 线宽越窄 激光单色性越好
什么是连续激光和脉冲激光,区别在哪？
发表日期：2016-06-21 文章编辑：廖浏览次数: 503
激光（英语：
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，缩写为LASER，或laser），港澳地区称“激光”、“雷射”，台湾地区称“雷射”、“镭射，是指通过受激辐射而产生，放大的光，即受激辐射的光放大。特点是单色性极好，发散度极小，亮度（功率）可以达到很高。产生激光需要“激发来源”，“增益介质”，“共振结构”这三个要素。
脉冲
就是隔一段相同的时间发出的波（电波/光波等等）等机械形式。
激光脉冲
指的是脉冲工作方式的激光器发出的一个光脉冲，简单的说，好比手电筒的工作一样，一直合上按钮就是连续工作，合上开关立刻又关掉就是发出了一个“光脉冲”。用脉冲方式工作有它的必要性，比如发送信号、减少热的产生等。激光脉冲能做到特别短，譬如“皮秒”级别，就是说脉冲的时间为皮秒这个数量级，而1皮秒等于一万亿分之一秒(10E-12秒)
连续激光
激光泵浦源持续提供能量，长时间地产生激光输出，从而得到连续激光。连续激光的输出功率一般都比较低，适合于要求激光连续工作（如激光通信、激光手术等）的场合脉冲激光
脉冲工作方式是指每间隔一定时间才工作一次的方式。
脉冲激光器具有较大输出功率，适合于激光打标、切割、测距等。
常见的脉冲激光器：固体激光器中的钇铝石榴石（YAG）激光器、红宝石激光器、蓝宝石激光器、钕玻璃激光器等。还有氮分子激光器、准分子激光器等。
巨脉冲激光
在腔内人为的加入损耗，使其大于工作物质的增益，这时没有激光输出。但在泵浦源持续不断的激励下，激光上能级的原子数越来越多，得到了较大的粒子数反转。如果定义峰值功率为脉冲的能量除以脉冲的持续时间（脉宽），那么，在撤除人为加入的损耗情况下，就会在很短的时间内以极快的速度产生脉冲宽度窄、峰值功率高的脉冲激光，通常称为巨脉冲。
连续激光顾名思义采用激光输出时间上时连续，脉冲激光的输出是不连续的，商用的最短能到几飞秒的量级，所以脉冲激光常用于测量超快的物理过程。但是连续激光也有好处，经过稳频，可以得到很窄的线宽，能用于激光测距，精细光谱。
两者峰值功率差很多，连续激光中比较好的半导体激光器能做到百W量级，而脉冲激光现在飞秒的能做到TW的量级，脉宽越短，热作用效应越少，精细加工中都是用脉冲激光较多。
峰值功率=单脉冲能量/脉冲宽度；
平均功率=单脉冲能量*重复频率。
激光的脉宽是对脉冲激光器或准连续的激光器而言的，简单说可以理解为每次发射的一个激光脉冲的作用时间或一个激光脉冲的持续时间。重复频率是每秒中激光器发射的脉冲数，如10Hz就是指一秒钟发射10个激光脉冲。但是每个激光脉冲的脉宽就因不同激光器而不同，是纳秒级的还是微妙级的还是毫秒级的。
激光线宽是表征激光单色性的，线宽越窄，激光单色性越好！
收稿日期:2004-09-20；收到修改稿日期:2005-10-28 作者简介:姜本学（1980-），男，山东青州人，博士研究生，主要从事高平均功率激光晶体生长、光谱和激光性能的研究。E-mail:jiangbx@https://www.doczj.com/doc/4212856277.html, 摘要介绍了能够实现高平均功率的两种固体激光器：固体薄片激光器和固体热容激光器。给出了它们的工作原理和 理论上的工作参数。综述了固体薄片激光器和固体热容激光器的研究历史和现状，指出了高平均功率固体激光器未来的发展方向。关键词 固体薄片激光器；固体热容激光器；高平均功率固体激光器 中图分类号：TN248 Thin Disk Solid State Lasers and Heat Capacity Solid State Lasers JIANG Benxue 1,2ZHAO Zhiwei 1ZHAO Guangjun 1XU Jun 1 1Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics,The Chinese Academy of Sciences,Shanghai 201800 2Graduate School of the Chinese Academy of Science,Beijing 100200 ()Abstract The working principles and the working parameters calculated theoretically of two types of solid state lasers,thin disk lasers and heat capacity lasers,which can realize high average power,are introduced.Their research history and the present status are described,the adoption of Nb:YAG,Nd:GGG,and Nd:YAG crystals in the solid state lasers are summarized,and the prospect and the development trends of high average power solid state lasers are pre 原sented.Key words thin disk solid state laser;heat capacity laser;high average power solid state laser 固体薄片激光器和固体热容激光器 姜本学1,2赵志伟1赵广军1徐军1 1中国科学院上海光学精密机械研究所，上海2018002中国科学院研究生院，北京100200 ()1引言 高平均功率(HAP)输出的固体 激光器(SSL)在工业、科学和军事等领域都有着非常诱人的应用前景[1~4]。设计高功率固体激光器的主要的困难有两个[5]：对抽运过程中无法避免的废热进行处理以及消除由于将废热去除而导致的后果。在激光工作过程中如果不对增益介质冷却，就会导致其温度升高，使得增益系数降低，最终导致不能工作。对增益介质冷却就会引起热透镜、机械应力及其它许多问题的产生，进而可能使激光光束质量下 降、降低激光输出功率、甚至可能导致固体激光增益介质的破裂。 针对高功率固体激光器上述两个发展瓶颈，解决的方法有两个：一是由于产生废热是不可避免 的， 所以要尽量消除由于消除废热而引起的后果。必须要减少热量和热流密度，减小热流的传导路程和 对激光场的影响[6~19]。几年来， 关于这方面的研究有很多的设计模型，比较理想的模型是盘片激光器。二是在激光工作过程中不对增益介质冷却，即固体热容激光器。这样就要求选择增益介质的热容和密度要尽可能的大， 从而在相同的激光输出的情况下，增益介质的温度升高尽量小[20~32]。 Yb 掺杂离子体系和Nd 掺杂离子体系的发展为高功率固体激光器的研究提供了好的方向[5,6]。由于Yb 离子的量子缺陷比Nd 离子低的多，大约仅为1/3，这在很大的程度上降低了废热的产生。但是由于Yb 离子是准三能级结构，激光下能级低，所以受温度影响大，抽运阈值高。本文重点介绍Yb 掺杂离子体系和Nd 掺杂离子体系的盘片激光器和固体热容激光器的研
超快激光精细加工的应用情况简介 时间:2011-08-07 14:54发布人:星之球激光点击:316次 1．引言从1960年第一台红宝石激光器诞生至今，人们对激光技术的探索从未曾止步。 因其优越的特性越来越多的为人们所知，更多的应用将被发掘出来，尤其是对高新技术比较敏感的工业领 关键字：超快激光,精细加工 ? ?1．引言 从1960年第一台红宝石激光器诞生至今，人们对激光技术的探索从未曾止步。因其优越的特性越来越多的为人们所知，更多的应用将被发掘出来，尤其是对高新技术比较敏感的工业领域。可以说，就人类社会发展的现阶段，工业需求是社会发展的最强大的动力。激光应用于工业加工领域已经有20多年的历史，激光在工业领域的应用的深度和广度都已经达到了前所未有的阶段。 2．激光加工工业的发展 在第一台激光器诞生之初，功率较低，系统整体较大，实际上无法直接应用于工业加工领域。在这之后的几十年里，随着激光技术的发展，新的激光介质的出现，激光技术瓶颈的突破，激光器无论从深度上还是广度上都有很大的进步。激光在工业中的应用之多，数不胜数，如：激光印刷，刻录，打标，雕刻，焊接，切割，毛化，调阻，熔敷等等，且潜力巨大。 从上世纪80年代开始，从深度上来看，激光加工工业的发展主要经历了三个阶段： 第一阶段是纳秒激光器应用阶段。调Q技术获得的纳秒脉冲，其峰值功率远高于平均功率，能够实现连续激光器无法达到的高瞬时功率密度，从而瞬间超过材料破坏阈值，实现刻蚀效果。 第二阶段是本世纪伊始，SESAM（半导体可饱和吸收镜）使皮秒激光技术迅猛发展，并很快应用于工业中。皮秒激光器一直以来都是通过染料进行锁模，但是染料需要循环，且经常容易漂白而影响锁模的稳定性。SESAM不但能够代替染料进行锁模，而且能够实现自启动。在此背景下，迅速涌现出了众多商业化的工业级皮秒激光器。 相较纳秒激光，皮秒激光器以其更短的脉冲宽度，更高的峰值功率，能够实现更精细的加工效果。因此，一时间，精细加工成为热点话题。 然而，真正做到精细加工是在飞秒激光下实现的，这也是我们说的第三阶段。我们首先来看激光与固体之间的相互作用机理： （1）激光首先激发的是固体的电子，在100飞秒的时间内电子吸收光子的能量而跃迁到高能级； （2）由于电子相对于晶格的温度更高，因此其处于非平衡态。为了达到平衡，电子会在1皮秒的时间内将能量传递给晶格； （3）在10皮秒的时间内，这些能量将被逐步传递到材料内部。
实验6-1 脉冲固体激光器输出特性研究 固体激光器是指以某些晶体或特种玻璃为工作物质的激光器。目前，世界上找到的能产生激光的固体物质有几十种，但应用比较成熟的只有钇铝石榴石（YAG：Nd3+）红宝石、钕玻璃等。 固体激光器有连续和脉冲两种工作方式。连续激光器能长时间持续输出稳定的激光，功率从几毫瓦到几百瓦，脉冲激光器又可分为单脉冲激光器及重复频率激光器。前者几秒钟发射一个脉冲，后者一秒钟发射几个到几十个脉冲，激光持续时间为毫秒级，功率为千瓦级。 在脉冲激光器上加一个调Q装置就成为巨脉冲激光器，它可以使激光脉冲缩短到纳秒（10-9s）数量级，从而大大提高了脉冲功率（兆瓦数量级）。近年来出现的锁模技术的激光器——锁模激光器，其激光脉冲为皮秒（10-12s），甚至达到飞秒（10-15s）数量级，脉冲功率有很大增加。 固体激光器能输出连续激光或功率高的激光脉冲，从而产生用通常方法难以达到的局部超高温、超高压，因而应用越来越广泛。在工业上用来打钟表钻石和喷丝头上的微孔，切割和焊接难熔金属。在医疗上常用固体激光消除肿瘤以及作手术激光刀等。以固体激光器为核心的激光测距仪和激光雷达广泛用于测量和国防上。科学研究上常用固体激光器作为强光源实现动态全息摄影。大能量的激光器还可以用来引发核聚变、探索受控热核反应等，前景十分广阔。 激光技术的飞速发展和广泛应用使得激光已成为高校中越来越多的学科、专业学习和研究的重要课题。激光器的结构、工作原理，激光的形成条件及其性能和基本参数的检验与测定是非常必要的。 【实验目的】 1、了解脉冲固体激光器的基本结构和基本原理，并练习调整激光器谐振腔，使其输出激光。 2、测定脉冲激光器的输出特性曲线，找出光泵能量阈值，计算出激光器的绝对效率和斜效率。 3、测定激光器输出光束的发散角。 【实验原理】 （一）固体激光器的基本结构和工作原理 激光，其英文为Laser，全名为Light amplification by stimulated emission of radiation，全名译为辐射的受激发光放大。这很好地概括了激光产生的机制。激光器就是根据激光产生的机制而设计的。它由工作物质，泵浦系统和光学谐振腔等部分组成。实验所用Y AG激光器的结构如图6-1-1所示。
连续激光顾名思义 激光输出时间上时连续的 脉冲激光的输出是不连续的 商用的最短能到几飞秒的量级吧 所以脉冲激光常用于测量超快的物理过程。 但是连续激光也有好处 经过稳频 可以得到很窄的线宽 能用于激光测距 精细光谱。 两者峰值功率差很多 连续激光中比较好的半导体激光器能做到百W量级 而脉冲激光现在飞秒的能做到TW的量级 脉宽越短 热作用效应越少 精细加工 中都是用脉冲激光较多。 峰值功率=单脉冲能量/脉冲宽度 平均功率=单脉冲能量*重复频率 激光的脉宽是对脉冲激光器或准连续的激光器而言的 简单说可以理解为每次发射的一个激 光脉冲的作用时间或一个激光脉冲的持续时间。重复频率是每秒中激光器发射的脉冲数 如10Hz就是指一秒钟发射10个激光脉冲。但是每个激光脉冲的脉宽就因不同激光器而不同 是纳秒级的还是微妙级的还是毫秒级的。 就像上面朋友说的 有如下关系 峰值功率=单脉冲能量/脉冲宽度 平均功率=单脉冲能量*重复频率。 激光线宽是表征激光单色性的 线宽越窄 激光单色性越好 什么是连续激光和脉冲激光,区别在哪？ 发表日期：2016-06-21 文章编辑：廖浏览次数: 503 激光（英语： Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，缩写为LASER，或laser），港澳地区称“激光”、“雷射”，台湾地区称“雷射”、“镭射，是指通过受激辐射而产生，放大的光，即受激辐射的光放大。特点是单色性极好，发散度极小，亮度（功率）可以达到很高。产生激光需要“激发来源”，“增益介质”，“共振结构”这三个要素。 脉冲 就是隔一段相同的时间发出的波（电波/光波等等）等机械形式。 激光脉冲 指的是脉冲工作方式的激光器发出的一个光脉冲，简单的说，好比手电筒的工作一样，一直合上按钮就是连续工作，合上开关立刻又关掉就是发出了一个“光脉冲”。用脉冲方式工作有它的必要性，比如发送信号、减少热的产生等。激光脉冲能做到特别短，譬如“皮秒”级别，就是说脉冲的时间为皮秒这个数量级，而1皮秒等于一万亿分之一秒(10E-12秒) 连续激光 激光泵浦源持续提供能量，长时间地产生激光输出，从而得到连续激光。连续激光的输出功率一般都比较低，适合于要求激光连续工作（如激光通信、激光手术等）的场合脉冲激光
中国石油大学 近代物理实验 实验报告 成 绩： 实验6-1 脉冲固体激光器输出特性研究 【实验目的】 1、了解脉冲固体激光器的基本结构和基本原理，并练习调整激光器谐振腔，使其输出激光。 2、测定脉冲激光器的输出特性曲线，找出光泵能量阈值，计算出激光器的绝对效率和斜效率。 3、测定激光器输出光束的发散角。 【实验原理】 （一）固体激光器的基本结构和工作原理 激光器由工作物质，泵浦系统和光学谐振腔等部分组成。实验所用YAG 激光器的结构如图6-1-1所示。 1.工作物质 要形成激光，首先必须利用激励源使工作物质激活，既使工作物质内部的电子在某些能级之间实现粒子数的反转分布。粒子数反转分布的条件是 11 221 N g N g (6-1-1) 式中1N 一下能级的粒子数密度； 2N 一上能级的粒子数密度； 21,g g 一下能级1E 和上能级2E 的统计权重。 YAG 脉冲固体激光器采用掺钕钇铝石榴石（YAG ：Nd 3+）作为工作物质，它具有四能级系统，其简化能级图如图6-1-2所示。 2.光学谐振腔 为了满足产生激光的阈值条件，即要使光在谐振腔中来回一次在激活介质中所获得的增益足以补充由各种因素所导致的光的损耗。在忽略介质内部
损耗的情况下，阈值条件为 1221≥l e r r G (6-1-2) 式中：21,r r 一谐振腔两端反射镜的反射率（包括反射镜的吸收，透射和衍射损失）； l —激活介质的长度； G —激活介质的增益系数，定义为： ()dz z I z dI v G v v .)()(= (6-1-3) 即频率为ν的单色光在激活介质中传播单位距离所增加的光强的百分比。 （二）YAG 激光器输出特性 1.输出特性曲线 输出特性曲线是指激光器的输出能量与输入能量之间的关系曲线。见图6-1-3。 当改变激光电源中储能电容的充电电压或电容时，就得到了不同的输入能量，其大小由下式计算 ( ) 2 22 1剩充U U C E -= λ （6-1-4） 式中C 为储能电容器的电容，单位为F ，充U 为充电电压，单位为V ，剩U 为电容器放电后的剩余电压值。输入能量入E 的单位是J 。 在输出特性曲线上，有一直线区间，它表示激光器在这一区间工作时，其输出能量与输入能量的变化成比例，通常引人斜效率斜η来描写这一特性。即 B A B A E E E E 入入出出斜--= η （6-1-6） A 、 B 为直线部分上的任意两点。 入斜—、E ηη曲线与输出特性曲线的对应关系如图6-1-4所示。 2、发散角 激光束虽有极好的方向性，但也有一定的发散性，其发散度可用图6-1-5所示的平面发散角θ'
超强超快激光的特点及发展方向 ?激光作为20世纪人类最重要的科技发明之一，经过40年的发展，直接推动了一批新兴学科与高新技术的发展，如非线性光学、激光光谱学、强场物理、光通信、光计算、光信息存储、激光化学、激光医学、激光生物学、激光核聚变、激光分离同位素、激光全息术、激光加工等等。同时，激光技术也已经走进了人们的日常生活，如随处可见的CD唱机、VCD影碟机、超市收银机的条形码扫描仪、激光打印机等，无不采用先进的激光技术。激光的发展开拓了激光技术的应用，激光技术的应用又推动了激光科学技术的进一步发展。 激光科技的最新前沿之一是超强超快激光。超强即超高的功率和功率密度（指单位面积上的功率），目前一个激光系统甚至可产生高达1015瓦的峰值功率，而全世界电网的平均功率只不过1012瓦数量级；超快即极短的时间尺度，目前激光脉冲最短不过几个飞秒（10－15秒），光在1飞秒内仅仅传播 0.3微米。 近年来新型小型化超强超快激光技术的迅猛发展，为人类提供了全新的实验手段与极端的物理条件。这种在实验室中创造的极端物理条件，目前还只有在核爆中心、恒星内部、或是黑洞边缘才能找到。 在当今超强超快激光技术已经提供并将由于其进一步发展而能提供的越来越强并越来越快的光场条件下，激光与各种形态物质之间的相互作用，将进入到前所未有的高度非线性与相对论性起主导作用的强场超快范围，并将进一步把光与物质的相互作用研究深入到更深的物质层次，甚至光与真空的相互作用，由此开创了超强超快激光这一全新的现代科学技术前沿领域。 超强超快激光物理与技术 输出功率大于1太瓦，脉宽小于1皮秒，可聚焦激光功率密度大于1017瓦/厘米2的小型化超强超快激光的发展研究，是超强超快激光研究广泛深入开展的基础和推动力。 近十几年来，由于啁啾脉冲放大(chirped pulse amplification, 简称CPA)技术的提出和应用，宽带激光晶体材料（如掺钛蓝宝石）的出现，以及克尔透镜锁模技术的发明，使超强超快激光技术得到迅猛发展。小型化飞秒太瓦（1012瓦）甚至更高数量级的超强超快激光系统已在各国实验室内建成并发挥重要作用。https://www.doczj.com/doc/4212856277.html,/最近，更短脉冲和更高功率的激光输出，如直接由激光振荡器产生的短于5飞秒的激光脉冲，小型化飞秒100太瓦级超强超快激光系统，以及CPA技术应用到传统大型钕玻璃激光装置上获得1拍瓦（1015瓦）级激光输出已有报道，激光功率密度达到1019～1020瓦/厘米2的超强超快激光与物质相互作用研究也已开始进行。 ?传统的激光放大采用直接的行波放大，而对超短激光脉冲来说，随着能量的提高，其峰值功率将很快增加，并出现各种非线性效应及增益饱和效应，从而限制了能量的进一步放大。 CPA技术的原理是，在维持光谱宽度不变的情况下通过色散元件将脉冲展宽好几个数量级，形成所谓的啁啾脉冲。这样，在放大过程中，即使激光脉冲的能量增加很快，其峰值功率也可以维持在较低水平，从而避免出现非线性效应及增益饱和效应，保证激光脉冲能量的稳定增长。当能量达到饱和放大可获得的能量之后，借助与脉冲展宽时色散相反的元件将脉冲压缩到接近原来的宽度，即可使峰值功率大大提高。深圳市星鸿艺激光科技有限公司专业生产激光打标机，激光焊接机,深圳激光打标机,东莞激光打标机 为了突破CPA技术的一些局限性，目前国际上正在积极探索发展新一代超强超快激光的新原理与新方法，如啁啾脉冲光学参量放大（OPCPA）原理，目标是创造更强更快的强场超快极端物理条件，特别是获得大于（等于）1021瓦/厘米2的可聚焦激光光强。OPCPA充分发挥了啁啾脉冲放大与光学参量放大各自的优点，是国际上近年来提出的发展超强超快激光的全新技术途径。
班级：材物09-2学号：09132216 姓名：潘大伟 实验：33305
实验6-1 脉冲固体激光器输出特性研究 【实验目的】 1、了解脉冲固体激光器的基本结构和基本原理，并练习调整激光器谐振腔，使其输出激光。 2、测定脉冲激光器的输出特性曲线，找出光泵能量阈值，计算出激光器的绝对效率和斜效率。 3、测定激光器输出光束的发散角。 【实验原理】 （一）固体激光器的基本结构和工作原理 激光，它由工作物质，泵浦系统和光学谐振腔等部分组成。实验所用YAG 激光器的结构如图6-1-1所示。 1、工作物质 要形成激光，首先必须利用激励源使工作物质激活，既使工作物质内部的电子在某些能级之间实现粒子数的反转分布。粒子数反转分布 11 22 1 N g N g (6-1-1) 式中1N 一下能级的粒子数密度；2N 一上能级的粒子数密度；21,g g 一下能级1E 和上能级2E 的统计权重。 2、泵浦系统 本实验中所用YAG 激光器的光泵系统由聚光腔、脉冲氙灯和它的供电系统以及触发器组成。 ○ 1直流电源给储能电容充电到数百伏，并加到氙灯的两极，这时氙灯不发光。 ○ 2触发器接通，发出一万多伏的电脉冲使氙灯导通，这时储能电容通过氙灯放电，氙灯发出强烈的闪光。此光激活工作物质，处于基态的粒子向高能级跃迁，由于光泵系统的不断泵浦，泵浦到一定程度时，实现了粒子数的反转。 3、光学谐振腔 ○ 1谐振腔除了造成高的光子密度。○2选择作用，只有光在垂直腔镜的多次反射下才能输出激光，所以激光方向性好，且腔越长，方向性越好。 （二）YAG 激光器输出特性 1、输出特性曲线 见图6-1-3。
超短脉冲激光提升微加工的速度与效率 在微加工领域，短脉冲、尤其是超短脉冲激光器正在取代传统的加工方法。对于超短脉冲激光器，得益于其冷烧蚀特性，因此其对所要加工的材料几乎没有任何限制。 在冷烧蚀过程中，材料的去除本质上只能通过化学键断裂来实现，因此其产生的热影响仅限于几微米的区域，并且相应的变形也最小。不幸的是，超短脉冲激光器的烧蚀速率仍然非常低，进而限制了其在工业领域的广泛应用。 金属材料的烧蚀阈值在0.2J/cm2的范围内，而玻璃和陶瓷的烧蚀阈值则在几个J/cm2的范围内。为了提高去除速率，可以使用具有较大聚焦口径的高脉冲能量，以在更大的区域内工作。在诸如玻璃或聚合物等透明材料加工应用中，可通过非线性效应（如多光子过程）来提高去除速率。此外，也可以提高重复频率。重复频率可以从100kHz到几兆赫兹，目前正在进行重复频率超过10MHz的研究。 FIGURE 1. 德国3D-Micromac公司举办的“ISL 2010激光微加工国际研讨会”现场 尽管传统的光纤激光器已经在工业环境中植根多年，但是飞秒光纤激光器在市场上仍然属于新事物。德国耶拿大学的Jens Limpert博士使用的超快光纤激光器，平均功率接近1kW，峰值功率在GW量级，重复频率在kHz到MHz的范围内。虽然超快光纤激光器已经能够达到上述较高的性能，但是其仍然具有很大的发展潜力。 除了单脉冲之外，另一种提高烧蚀速度的方式是采用所谓的脉冲猝发（burst）。以50MHz的脉冲序列为例，重复频率为500kHz的脉冲被提取出来并被放大。
“烧蚀效果与脉冲能量成对数关系。通过这种方式，可以将相同的总能量分配到几个脉冲中，然后通过脉冲叠加来达到更高的去除量。”Lumera Laser公司的Dirk Müller介绍说。实验已经证明5~10个脉冲的脉冲猝发是有效的，并且约为20ns的脉冲间隔也已被证明是有效的。然而，最终获得的去除质量在很大程度上依赖于所要处理的材料。 微结构的高效生产 在微加工领域享有盛名的方法包括EDM（放电加工）、微模压加工和光刻技术。EDM只适用于导电材料，并且速度缓慢；冲压模的制造成本较高；而光刻则需要高精密掩模，并且后续的刻蚀过程还对环境有很大的污染。相比之下，激光冷烧蚀加工不但能够实现与上述方法类似的加工精度，而且更具成本效益，同时也非常环保。最精细结构的冲压使得金属板材的加工更加容易，金属板材结构由模压辊制成。德国夫琅和费激光技术研究所（Fraunhofer-ILT）已经利用功率为100W、重复频率为3MHz 的皮秒激光器，获得了最佳的精细结构加工效果。 “在整个激光微加工过程中，CAD数据得到了精确的再现，没有熔化物飞溅以及其他废弃物，并且表面粗糙度小于0.5μm。”Fraun hofer-ILT烧蚀与焊接部门主管Arnold Gillner博士说（见图2和图3）。为了获得更好的加工效果，脉冲之间必须有10％~15％的重合，两条脉冲的刻线间则必须有10％的重合。 图2：由超快脉冲激光器加工的一个工具的局部图
内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 第一代超快激光器使用掺钛蓝宝石作为激光有源材料，于20世纪90年代早期被商业化推出。 1999年，诺贝尔化学奖被授予Ahmed Zewail教授，以表彰他在超短时间化学反应分析工作上取得的成就。在十年之内，从一种新技术发展到应用该技术且获得诺贝尔奖，这展示了超快激光器为科学领域带来的革命性变化。 在这十年间，尽管当时的激光器未能满足各种工业对它们在性能、成本、规格和可靠性方面的要求，但是超快激光器在新工业或医疗应用中的潜力已经显而易见。 2000年左右，采用掺镱激光材料和电信级半导体的新一代二极管泵浦超快激光器推向市场。这些紧凑型高功率、高度可靠性以及性价比高的超快激光源为快速扩展的市场拓展了工业应用。结果是，过去十年中，安装数量逐年翻番。 如今，业界已能提供商业工业超快激光器，具有从飞秒到皮秒级的大范围脉宽，平均功率范围几十瓦，能够用于苛刻的工业和医疗环境。 应用背景 超快激光器在极短时间内聚集脉冲能量，形成极高功率密度。紧凑型台式超快激光器提供的功率甚至可超越核电站。由于具有如此之高的功率，其激光可以加工几乎任何类型的材料，包括传统的、很难加工的材料，例如金属、陶瓷和玻璃。 另外，由于脉宽极小，加工期间几乎不产生多余的热量，这种无热加工的效果和质量极佳。另外，在进行微机械加工时，不会产生熔化、开裂、汽化或者其它有害散热。
超快激光技术及其应用 超快激光是激光中的一种，是脉冲波在fs量级上的激光。飞秒（fs）是极短的时间单位，即1015 s ,仅仅是1千万亿分之一秒，如果将10fs作为几何平均来衡量宇宙，其寿命仅不过1min而已。在如此短的时间内产生的脉冲波，我们可以预料到一定有着许多有趣的性质，内为我们的科学实验带来许多帮助。 激光，顾名思义是“激发出来的光”，产生的物理基础是原子的受激辐射，这个过程是由爱因斯坦最早在1916年在理论上发现的。受激辐射概念刚提出时没有收到应有的重视，虽然1924年就有一位德国的科学家在实验上简介地证实了受激辐射的存在。但真正导致热门重新发掘受激辐射概念所隐含的巨大潜力是在二次世界大战之后，当人们企图将想干滇西波段从长波扩展到微波乃至光波是，发现只有借助于分子、原子这样的围观体系才能实现短波长的相干电磁波放大，爱因斯坦的受激辐射正是实现这种想干放大的物理机制。 要产生激光，需要解决两个矛盾。首先是受激辐射与受激吸收的矛盾。根据玻尔兹曼分布，热平衡的原子体系中总有低能级上的原子数多于高能级上的原子数，当光与体系发生相互作用时，由于吸收比受激发辐射显著，结果是将导致光信号的衰减。因此，产生激光的一个基本条件就是要实现体系中粒子数的反转。已处于粒子数反转的戒指叫做激活介质货增益介质，它具有对光信号的放大能力。为使粒子数反转，需一外界能源以适当的方式对原子体系产生作用（泵浦），此能源被称为泵浦源。产生激光所要解决的另外一个矛盾就是受激辐射与自发辐射的矛盾。在原子体系中，这两种过程同时存在，相互竞争。为产生激光，需使受激辐射处于优势地位。为此，需选择合适结构的光腔（或足够长的激活介质），在轴线方向的自发辐射通过反复增益获得较高的光场能量密度，从而得以受激辐射为主的输出。 激光与普通光源又极大的不同，它具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性等特征。在加工、存储、医疗、通信、雷达、科研、国防等领域有着极为广泛的应用。而飞秒激光作为一种特殊的激光，在各种性质加强后经历了量变到质变的过程，有着更为奇特的性质。 飞秒激光不是一直发射的，而是每个一段时间T发射的一个包络。其脉宽极短，每个脉宽持续的时间都在飞秒量级。此外，飞秒激光不再是单色的了，而是
编号 赣南师范学院学士学位论文固体激光器原理及应用 教学学院物理与电子信息学院 届别 2010届 专业电子科学与技术 学号 060803013 姓名丁志鹏 指导老师邹万芳 完成日期 2010.5.10
目录 摘要 (1) 关键词 (1) Abstract (1) Key words (1) 1引用 (2) 2激光与激光器 (2) 2.1激光 (2) 2.2激光器 (3) 3固体激光器 (4) 3.1工作原理和基本结构 (4) 3.2典型的固体激光器 (8) 3.3典型固体激光器的比较 (11) 3.4固体激光器的优缺点 (12) 4固体激光器的应用 (13) 4.1军事国防 (13) 4.2工业制造 (15) 4.3医疗美容 (17) 5结束语 (17) 参考文献 (19)
摘要：固体激光器目前是用最广泛的激光器之一，它有着一些非常突出的优点。介绍固体激光器的工作原理及应用，更能够加深对其的了解。本论文先从基本原理和结构介绍固体激光器，接着介绍一些典型的固体激光器，最后介绍其在军事国防、工业技术、医疗美容等三个方面的应用及未来的发展方向。 关键词：固体激光器基本原理基本结构应用 Abstract:Solid-state laser is currently one of the most extensive laser,it has some very obvious advantages.The working principle of solid-state lasers and applications were described in the paper and it can enhance the understanding.In this paper, starting with the basic principles and structure of the introduced solid-state laser,and then some typical solid-state lasers and a presentation on its military defense,industrial technology,medical and cosmetic applications in three areas and future development direction were introduced. Key words:Solid-state Laser Basic Principle Basic Structure Application
点，是国际上近年来提出的发展超强超快激光的全新技术途径。 OPCPA原理目前还处于中等功率层次上的预研阶段，但却蕴涵着强大的生命力。此外，超强超快激光光束质量的优化、时空轮廓的整形与控制，周期脉宽小于10飞秒的超短激光脉冲的产生、有效放大与性能优化，也是今后持续创新发展的主要方向。 推动基础学科和高技术领域的发展 超强超快激光不仅具有重大的前沿学科意义，将创造出全新的实验室尺度，即所谓台式的综合性极端条件的科学技术，从而直接推动激光科学与现代光学、原子分子物理、等离子体物理、高能物理与核物理、凝聚态物理、天体物理、理论物理以及非线性科学等一大批基础学科的发展，而且在当代一些重要高技术领域的创新发展中，如突破飞秒壁垒的亚飞秒乃至阿秒（10－18秒）科学新原理、激光核聚变快点火新概念、激光引发的台式化聚变中子源新方案、小型化超高梯度粒子加速器新机制、台式超短波长超快相干辐射新途径等方面，也有着不可替代的推动作用。 目前，在远比传统装置小型化的台式激光系统上已经产生了高重复频率的超短脉冲（通常是10－13秒甚至更短）太瓦甚至更高数量级的激光输出。激光经聚焦达到的光强在过去的十年里已提高了五六个数量级，达到了1019～1020瓦/厘米2。不久，将会达到创记录的1021瓦/厘米2，从而创造出实验室尺度的极端物理条件。1021瓦/厘米2的光强,产生的局域电场将高达1012伏/厘米，相当于氢原子第一玻尔轨道处库仑场强的170倍；相应的磁场将达到105特的超强范围；相应的能量密度已在3×1010焦/厘米3以上，与温度为10千电子伏的黑体的能量密度相当；同时，将产生巨大的光压，接近1017帕。在如此高的激光场中，电子的振荡动能将高于10兆电子伏（对于波长为1.06微米激光），大大超过电子自身静止质量(0.5兆电子伏)，而电子的加速度也将达到1022米/秒2，即1021g(重力加速度)的数量级，高度非线性与相对论效应已成为主导。 本领域的早期研究已经表明，强场激光与原子、分子的相互作用导致隧道电离、势垒抑制电离、高阶奇次谐波、稳定化及分子的相位控制与库仑爆炸等相关新现象。应用于非线性问题的常规微扰方法已被非微扰理论所取代。目前，超强超快激光与原子的相互作用已进入到相对论效应起主导作用的新阶段，以至必须采用狄拉克方程才能正确处理相互作用的动力学行为。另一方面，现今获得的激光脉宽已小于10飞秒，最短达4飞秒，仅包含了1.5个光周期（对波长为800纳米的激光）。严格说，此时的光脉冲已不成为“光波”，失去了波动现象所特有的周期性特征。传统的适用于较长脉宽光与物质相互作用的理论已不再适用，从而开创出极端非线性相互作用的新理论。周期乃至亚周期量级脉冲的超强超快激光与各种形态物质的相互作用也将会导致一系列全新的物理现象与规律。寻求这些新现象、新规律，建立相关的新概念、新理论成为迫在眉睫的研究任务，是国际上超强超快激光科学研究领域争夺的重点。 超强超快激光与团簇、高温高密度等离子体、自由电子等特殊形态物质的相互作用也已成为新的研究方向，它不仅大大拓宽本学科领域的纵深发展，也将为相关重要高技术领域的创新发展提供新方案与新途径。 最近，实验研究已观察到多光子激发产生的带有大量内壳层空穴的电子组态反转的“空心”原子，这将为实现超短波长相干辐射开辟全新途径；超强超快激光与大尺寸原子团簇的相互作用首次成功引发了台式聚变，从而为“台式化”聚变新概念指明了前景。此外，超强超快激光与团簇的相互作用研究，有可能作为一种桥梁，帮助人们更加完整地认识光与物质的相互作用。 当光强大于（等于）1018瓦/厘米2时，激光与电子的相互作用进入超相对论性强场范围。实验上已
固体激光器的应用 所谓固体激光器就是用固体激光材料作为工作物质的激光器。1960年，梅曼发明的红宝石激光器就是固体激光器，也是世界上第一台激光器。距今已有整整五十年了，在这五十年固体激光的发展与应用研究有了极大的飞跃并且对人类社会产生了巨大的影响。固体激光器在军事、加工、医疗和科学研究领域有广泛的用途。 固体激光器从其诞生开始至今一直是备受关注。其输出能量大峰值功率高结构紧凑牢固耐用因此在各方面都得到了广泛的用途其价值不言而喻。正是由于这些突出的特点其在工业、国防、医疗、科研等方面得到了广泛的应用给我们的现实生活带了许多便利。现在激光应用已经遍及光学、医学、原子能、天文、地理、海洋等领域它标志着新技术革命的发展。诚然如果将激光发展的历史与电子学及航空发展的历史相比我们不得不意识到现在还是激光发展的早期阶段，更令人激动的美好前景将要来到。 一、固体激光器的类别： 固体激光器的工作物质，主要由光学透明的晶体或玻璃作为基质材料，掺以激活离子或其他激活物质构成。常见的有红宝石（掺铬的刚玉，Cr：Al2O3)、掺钛的磷酸盐玻璃（简称钕玻璃）、掺钛的忆铝石榴石（Nd：YAG）、掺钛的铝酸忆（Nd：Y ALO）、掺钛的氟化忆锂（Nd：YLF）等多种。它们发出激光的波长主要取决于掺杂离子，如掺铬的红宝石，室温下的工作波长为694．3纳米，深红色；又如掺钕的多种晶体和玻璃，工作波长为1微米多，为近红外。 二、固体激光器的构造及原理： 在固体激光器中，能产生激光的晶体或玻璃被称为激光工作物质。激光工作物质由基质和激活离子两部分组成，基质材料为激活离子提供了一个合适的存在与工作环境，而由激活离子完成激光产生过程。常用的激活离子主要是过渡金属离子，如铬、钻、镍等离子以及稀土金属离子，如钕离子等。 固体激光器主要由闪光灯、激光工作物质（如红宝石激光晶体）和反射腔镜片组成，反射镜表面镀有介质膜，一片为全反射镜，另一片为部分反射镜。掺铬红宝石是一种最早发现和使用的激光工作物质。现在已研制成功了数十种可供应用的激光晶体。当采用不同的激活离子、不同的基质材料和不同波长的光激励，会发射出各种不同波长的激光。 早期的固体激光器都是用闪光灯或其他激光器，来完成激光工作物质内原子的受激辐射过程的，这基本上是由一种形式的光能转化为激光能量的过程。如何把电能直接转化为激光的能量，一直是人们梦寐以求的事情。近年来，科学家成功地研制出了半导体激光器，一旦接通电源，便会发出激光。选用不同的半导体材料和不同制造工艺可以制造出功率不同、发射不同波长激光的激光器。半导体激光器的出
固体激光器发展历程 固体激光器用固体激光材料作为工作物质的激光器。1960年，T.H.梅曼发明的红宝石激光器就是固体激光器，也是世界上第一台激光器。固体激光器一般由激光工作物质、激励源、聚光腔、谐振腔反射镜和电源等部分构成。 这类激光器所采用的固体工作物质，是把具有能产生受激发射作用的金属离子掺入晶体而制成的。在固体中能产生受激发射作用的金属离子主要有三类：(1)过渡金属离子（如Cr3+）；(2)大多数镧系金属离子（如Nd3+、Sm2+、Dy2+等）；(3)锕系金属离子（如U3+）。这些掺杂到固体基质中的金属离子的主要特点是：具有比较宽的有效吸收光谱带，深圳市星鸿艺激光科技有限公司专业生产激光打标机，激光焊接机,深圳激光打标机,东莞激光打标机比较高的荧光效率，比较长的荧光寿命和比较窄的荧光谱线，因而易于产生粒子数反转和受激发射。用作晶体类基质的人工晶体主要有：刚玉 （NaAlSi2O6）、钇铝石榴石（Y3Al5，O12）、钨酸钙（CaWO4）、氟化钙（CaF2）等，以及铝酸钇（YAlO3）、铍酸镧（La2Be2O5）等。用作玻璃类基质的主要是优质硅酸盐光学玻璃，例如常用的钡冕玻璃和钙冕玻璃。与晶体基质相比，玻璃基质的主要特点是制备方便和易于获得大尺寸优质材料。对于晶体和玻璃基质的主要要求是：易于掺入起激活作用的发光金属离子；https://www.doczj.com/doc/4212856277.html,具有良好的光谱特性、光学透射率特性和高度的光学（折射率）均匀性；具有适于长期激光运转的物理和化学特性（如热学特性、抗劣化特性、化学稳定性等）。晶体激光器以红宝石（Al2O3：Cr3+）和掺钕钇铝石榴石（简写为YAG：Nd3+）为典型代表。玻璃激光器则是以钕玻璃激光器为典型代表。 工作物质 固体激光器的工作物质，由光学透明的晶体或玻璃作为基质材料，掺以激活离子或其他激活物质构成。这种工作物质一般应具有良好的物理－化学性质、窄的荧光谱线、强而宽的吸收带和高的荧光量子效率。 玻璃激光工作物质容易制成均匀的大尺寸材料，可用于高能量或高峰值功率激光器。 但其荧光谱线较宽，热性能较差，不适于高平均功率下工作。常见的钕玻璃有硅酸盐、磷酸盐和氟磷酸盐玻璃。80年代初期，研制成功折射率温度系数为负值的钕玻璃，可用于高重复频率的中、小能量激光器。 晶体激光工作物质一般具有良好的热性能和机械性能，窄的荧光谱线，但获得优质大尺寸材料的晶体生长技术复杂。60年代以来已有300种以上掺入各种稀土金属或过渡金属离子氧化物和氟化物晶体实现了激光振荡。常用的激光晶体有红宝石(Cr:Al2O3,波长6943埃)、掺钕钇铝石榴石（Nd:Y3Al5O12，简称Nd:YAG,波长1.064微米）、氟化钇锂(LiYF4,简称YLF;Nd:YLF,波长1.047或1.05微米;Ho:Er:Tm:YLF,波长2.06微米)等。 1973年以来又有一类自激活激光晶体。它的激活离子是晶体的一个化学组分,因而激活离子浓度高,不致产生荧光猝灭。这种晶体的激光增益高，抽远阈值低。主要品种有
第一章引言 激光是人类在上个世纪所创造的最杰出的技术成就之一。自上世纪60年代，梅曼发明了全球首台激光器以来，激光技术的发展至今已经硕果累累，并且已经在人类社会的各行各业中普遍应用。 从固体激光器的出现到今天，一直都特别的备受大家的关注。因为它具有峰值功率高，输出能量大，以及结构紧凑耐用等特点，所以在各个方面都有广大的用途，具有不可估量的价值。有了这些优异的特点，固体激光器在科学研究、国防军工、工业生产、医疗健康等领域获得了大量的运用，使我们的日常生活越来越美好。 目前激光器的研究重点方向是使器件的体积愈来愈小、器件的重量愈来愈轻、效率愈来愈高、光束质量愈来愈好、可靠性愈来愈高、寿命愈来愈长、运转愈来愈敏捷的全固态激光器。全固态激光器的应用扩展到了我们生活的各个领域，它是应用领域中基础的、特别重要的核心器件，已经成为了我们日常活动中不可或缺的帮手。它的结构、输出功率、转换效率以及光束质量都取得了非常大的进步，具有强大的生命力。 全固态激光器汇聚了半导体激光器和固体激光器的特点，具有体积小、效率高、光束质量好、可靠性高、寿命长、运转灵便等优点，所以是前途光明的激光研究方向,它通过变频获得宽波段输出、便于模块化和电激励等应用优势，已经在科研、医疗、工业加工、军事等领域获得了广泛的应用，是新一代性能卓越的绿色、节能光源[1]。 现如今，激光技术在各个领域的广泛应用，已经是企业向信息化转型的不可缺少的推动力量，而且推动了一个完整的高新技术链条的有序成长。根据国外的相关资料统计，国外的激光产业发展状况呈现出繁荣昌盛的景象，市场需求不断上涨，每年以百分之二十以上的速度上升。如今，我国的激光市场发展稳定、增长速度飞快。根据统计报告，我国的激光产品在1999年的市场销售额仅为14.13亿，2005年达到了47.75亿。所以固体激光器的发展呈现出非常好的趋势，具有非常广阔的市场，有很大的发展空间。
中国石油大学近代物理实验实验报告成绩: 班级: 应用物理学10—1 姓名: 黄昌龙同组者: 杨大鹏教师: 闫向宏 实验6-1 脉冲固体激光器输出特性研究 【实验目的】 1、了解脉冲固体激光器的基本结构和基本原理, 并练习调整激光器谐振腔, 使其输出激光。 2、测定脉冲激光器的输出特性曲线, 找出光泵能量阈值, 计算出激光器的绝对效率和斜效率。 3、测定激光器输出光束的发散角。 【实验原理】 ( 一) 固体激光器的基本结构和工作原理 激光器是根据激光产生的机制而设计的。它由工作物质, 泵浦系统和光学谐振腔等部分组成。实验所用YAG激光器的结构如图6-1-1所示。 1、工作物质
要形成激光, 首先必须利用激励源使工作物质激活, 既使工作物质内部的电子在某些能级之间实现粒子数的反转分布。粒子数反转分布的条件是 11 221 N g N g (6-1-1) 式中1N 一下能级的粒子数密度; 2N 一上能级的粒子数密度; 21,g g 一下能级1E 和上能级2E 的统 计权重。 YAG 脉冲固体激光器采用掺钕钇 铝石榴石( YAG: Nd 3+) 作为工作物质, 它具有四能级系统, 其简化能级图如 图6-1-2所示。 2、 泵浦系统 本实验中所用YAG 激光器的光泵系统由聚光腔、 脉冲氙灯和它的供电系统以及触发器组成。直流电源给储能电容充电到数百伏, 并加到氙灯的两极, 这时氙灯不发光。触发器接通后, 立即发出一个一万多伏的电脉冲使氙灯导通, 这时储能电容经过氙灯放电, 氙灯发出强烈的闪光。此光激活工作物质, 处于基态的粒子向高能级跃迁, 比如跃迁到234F 能级上。在此能级上的粒子寿命较长, 故称 为亚稳态。由于光泵系统的不断泵浦, 泵浦到一定程度时, 激发到高能级上的粒子数比在它下面的能级上的粒子数还多了, 实现了粒子数的反转。当粒子跳回低能级上时发光。比如在实现