固体激光材料与激光器的发展及应用
西华师范大学物理与电子信息学院
摘要：近年来2μm波段室温运行的固体激光器由于在医学、光通讯、激光雷达等方面的重要的应用前景而引起学术界和商业界的广泛关注。本文详细介绍了2μm波段固体激光材料及激光器的发展状况，阐述了医用Cr,Tm,Ho:YAG激光器的技术特点，最后提出了应用2μm波段固体激光材料研制大功率激光器的新思路，为同类激光器的研究与应用提供了有利参考，具有一定的指导意义。
关键词：Cr,Tm,Ho:YAG 2μm波段钬激光治疗机激光医疗
1、前言
与气体激光器相比，半导体泵浦固体激光器具有体积小、重量轻、供电简单、结构紧凑、便于携带、便于维护和操作等优点。现在已用作手术治疗、肌肉组织焊接、牙科治疗、光镇痛和光针灸等领域。2μm波段恰恰处于水分子的吸收峰，输出波长为2μm的固体激光器是激光手术的最佳波长。与通常的Nd:YAG激光(1.064μm)相比，人体对2μm激光的吸收效果更好，激光切割能力大大提高，尤其对敏感组织，如肝、胃、结肠等软组织的烧蚀利切割效果更加理想。此外石英光纤还可以传播2μm激光，这使得激光传导更加容易。目前半导体激光器泵浦的Ho∶YLF 2.12μm激光器已做成结构紧凑、维护容易、便携式的医用器械。虽然2μm激光器有着如此广泛而重要的应用前景，并且在相应领域已经得到了大范围的应用，但是对于二极管泵浦2μm固体激光器深入的研究并不是伴随着激光器的产生而开始的，其间经历了漫长的过程。
2、国外2μm波段固体激光材料及激光器的发展状况
（1）Ho:YAG激光器
1965年Bell实验室Johnson等人首先报道了Ho:YAG在液氮温度下实现振荡[1]，使用的晶体用熔盐法生长，晶体长度25mm，输出三种不同的激光波长。输出波长2.0975μm时，脉冲阈值为44J；输出波长2.0914μm时，脉冲阈值为1760J；输出波长2.1223μm时，脉冲阈值为410J。高阈值限制了Ho:YAG的应用。
（2）Er,Tm,Ho:YAG激光器
Ho:YAG激光器泵浦效率低是由于Ho3+在YAG中只有几条弱吸收线。为了增加对灯泵能量的吸收，1966年Johnson等人采用Er3+和Tm3+来敏化Ho3+，由于它们吸收和传递泵浦能量，液氮温度下得到了5％的闪光灯泵浦效率和15W的连续激光输出[2]。1975年，Beck 等人报道了直径4mm，长度70mm的晶体在液氮温度下连续输出50W，斜率效率6.5％，使用钨卤素灯作泵浦源[3]。1981年Barnes等人在液氮温度下实现了脉冲激光振荡和放大，TEM00模输出112mJ，斜率效率1.2％，放大输出235mJ。晶体直径4mm，长度56mm，晶体中Ho3+、Tm3+、Er3+和Y3+分别占0.021、0.037、0.616和0.326[4]。
（3）Tm,Ho:YAG激光器
1987年Fan等人报道了用波长为781.5二极管激光器泵浦Tm,Ho:YAG获得室温连续输出，阈值4.4mW，斜率效率19％，输出波长2.074μm [5]。1990年Stoneman等人实现了Tm,Ho:YAG在2.09～2.12范围连续可调谐激光输出。晶体用引上法生长，Tm3+和Ho3+的含量分别为8.3×1020cm-3和6.9×1019cm-3。
（4）Cr,Tm,Ho:YSGG激光器
1986年Alpatev研制出Cr,Tm,Ho:YSGG（钇钪石榴石）激光晶体，并获得室温灯泵浦脉冲输出能量7.4J,斜率效率3.1％，输出波长2.088μm，并于1988年实现开关运行[6]。其中晶体直径4mm，长度76mm，晶体中Cr3+、Tm3+、Ho3+的含量分别为2.5×1020cm-3、8×1020cm-3、5×1019cm-3。在室温下获得80mJ的电光调输出，此时的泵浦输入为125J，调阈值为60J。在转镜调时，获得280mJ的多峰光脉冲，500的总宽度，脉冲中含5～6个峰，峰-峰间隔2μm，每个峰半宽度为40～50。
（5）Cr,Tm,Ho:YAG激光器
1988年ST Systems公司的Mark E.Storm 采用单椭圆腔,Cr3+、Tm3+、Ho3+浓度分别为2.7at%、5.8at%、0.36at%。晶体直径5mm，长度53mm。闪光灯内径4mm，闪光灯弧长50mm，闪光灯脉宽600us，全反镜曲率半径10m，输出镜透过率85％。在温度295K时，激光阈值25J,斜率效率2.3％[7]。
1989年美国海军研究实验室的G.J.Quarles等人采用67mm镀银椭圆腔和69mm漫反射腔，晶体直径5mm，长度76.2mm，Cr3+、Tm3+、Ho3+浓度分别为7.7×1019cm-3、8.0×1020cm-3、5.0×1019cm-3,氙灯充气压630T orr，闪光灯内径4mm，闪光灯弧长63.5mm，闪光灯脉宽540us，谐振腔长度为300mm，全反镜曲率半径为1m，输出镜透过率小于75％，输出波长为2.097μm。使用漫反腔得到了4.7％斜效率，阈值70J。使用镀银腔得到了5.1％斜效率，阈值38J[8]。同时从理论和实验上证明了YAG是Cr,Tm,Ho:YAG 最好基质,Cr3+→Tm3+能量传递效率YAG高于YSAG和YSGG。
1990年T.Becker等人报道了Cr,Tm,Ho:YAG激光器重频30Hz时的输出特性。Cr3+、Tm3+、Ho3+浓度分别为2at%、5at%和0.5at%。晶体直径分别为2.8mm、4mm和5mm，晶体长度为56mm，谐振腔腔长300mm，全反镜半径1m，输出镜透过率15％。闪光灯内径为4mm，弧长76mm，放电脉宽500μm。在20oC时，直径2.8mm晶体的效率比其它两种高，在重频21Hz时，斜效率1.6％，同时获得了6.5W的输出；在重频30Hz时，得到2W输出。1991年美国海军研究实验室采用单椭圆镀银腔，晶体直径5mm，长度67mm，Cr3+、Tm3+、Ho3+浓度分别为0.8at%、6.0at%、0.4at%,氙灯充气压450Torr，闪光灯内径5mm，闪光灯弧长63mm，闪光灯脉宽290μs，谐振腔长度为290mm，全反镜曲率半径为0.5m，输出镜透过率20％,水温20oC，重频1Hz时，得到最佳斜率效率。同时，研究了调的特性，发现开关的Cr,Tm,Ho:YAG效率几乎比长脉冲Cr,Tm,Ho:YAG低一个数量级，得到了2.121μm增益系数为0.07cm-1,估计调在2.121μm的增益系数为0.02～0.07cm-1[9]。1994年W.Zendzian等人报道了闪光灯泵浦的Cr,Tm,Ho:YAG激光器。注入能量110J时，得到了17W的输出，斜效率为2％，同时从理论和实验上验证了热焦距对M2参数的影响[10]。
1998年Yoichi等人报道了在温度10oC，泵浦能量密度85.9J/cm3,得到了Cr,Tm:YAG和Cr,Tm,Ho:YAG的最大小信号增益系数分别为0.144cm-1和0.234cm-1[11]。
2000年Cheng Li等人报道了采用闪光灯泵浦Cr,Tm,Ho:YAG晶体，在自由运转模式下，室温获得了4.5J的激光输出，输出波长2.098μm，斜率效率2.7％，阈值能量95J；在声光调方式下，室温下单模输出大于530mJ，脉冲宽度165ns。晶体直径为4mm，长度100mm，晶体中Cr3+、Tm3+、Ho3+的含量分别为1.2at%、6.1at%、0.4at%[12]。
在医用钬激光器的研究开发方面，美国相干公司等单位居领先地位，1990年向用户提供了第一台医用钬激光治疗机，如今已开发出平均功率为20W、60W和100W三种单波长型号，相应重复频率分别为5－20Hz、5-40Hz和5-50Hz，相应单脉冲能量分别为0.5-2.5J、0.2-3.5J和0.2-3.5J，相应的平均功率设置分别为2J/10Hz、1.5J/40Hz和2J/50Hz，脉冲持续时间为500μs。此外，还有80/100W 的双波长Holmium&Nd:YAG激光器，重复频率为5-40Hz，单脉冲能量为0.2-3.5J，相应的平均功率设置为2J/40Hz，脉冲持续时间为
500μs。这些构成了Versa Pulse PowerSuiteTm系列钬激光器。
美国Trimedyne公司开发的钬激光治疗机，平均功率有30W和80W两种。对于30W的钬激光治疗机，单脉冲能量为0.2-3.5J，重复频率为5-20Hz，脉冲持续时间为350μs。而80W 钬激光治疗机采用独特的双脉冲技术，能够传递更多的能量到硬组织，同时尽量减少对周围软组织的损伤。其单脉冲能量为0.2-3.5J,重复频率为5-60Hz，双脉冲模式下，单脉冲有效能量为0.4-7J，重复频率为3-30Hz，脉冲持续时间为350μs。
3、国内2μm波段固体激光材料及激光器的发展状况
1991年起电子部11所展开了钬激光晶体研究工作。采用感应加热提拉法生长Cr,Tm,Ho:YAG晶体，解决了高效率Cr3+→Tm3+→Ho3+能量转移和高光学质量晶体生长工艺等一系列关键技术。激光棒主要技术指标达到：干涉条纹0.3条/25mm，无散射颗粒，单脉冲输出能量2.3J。
1995年华中理工大学的叶洪波等人研制出了在室温下Ho:YAG激光器输出的能量3J。实验中所用到的泵浦方式为脉冲氙灯泵浦，聚光腔是镀银单椭圆腔，冷却方式为对冷却水进行恒温控制，其温度浮动范围为10±5oC。实验采用国产棒尺寸为φ5×93mm，谐振腔为平凹腔，腔长280mm。全反镜为曲面镜，曲率为1m。输出镜为平面镜,在输出镜透过率为29％，冷却温度为9oC，放电脉冲半宽度为360μs，激光器阈值为98.4J,单脉冲输出在3J以上。1997年中国计量学院光电子研究所的黄莉蕾等人，使用国产晶体Cr3+（2.3×1020cm-3），Tm3+（8.2×1020cm-3）, Ho3+（5.4×1020cm-3）:YAG。尺寸为φ6×100mm，采用单灯相交圆柱聚光腔，内壁贴Ag箔抛光。谐振腔为平凹腔，输出镜曲率半径为5m，透过率为25％，全反镜对2.1激光反射率大于98％。用气压为2×105Pa的氙灯泵浦，频率1Hz，冷却水温18～22oC，激光阈值为73～84J，获得斜率效率为2～4％，单脉冲能量为0.8～1.4J [13]。
1997年，安徽光机所的陈长水等人进行了开关Cr,Tm,Ho:YAG激光器的实验研究，获得了单脉冲能量60mJ的2.1μm的稳定调激光输出，通过倍频途径测得了其倍频光（1.05μm）的脉冲半宽度35ns[14]。
安徽光机所鲁士平课题组研制的HJZ-1-10型钬激光治疗机于1997年12月在杭州通过了国家医药管理局用光学、激光、冷疗设备质量检测中心的新产品注册检测。经过高温55篊、低温－40oC、湿度93％以及电绝缘强度等多种环境实验的严格检测，两台医用钬激光器所达到的指标为：脉冲重复频率为4～10Hz分档可调，输出平均功率为14W左右，输出功率的不稳定度为±2.0％，传输光纤的耦合效率大于65％。目前，这两台钬激光治疗机正在医院里进行临床应用研究[15]。
如上所述，目前国内的钬激光治疗机，输出平均功率14W左右，远远低于国外水平，不能满足医学临床治疗要求。
4、医用Cr,Tm,Ho:YAG激光器的特点
人体组织中水的比例大约占70％，因而组织对光的吸收情况与水相似。水在中红外波段有两个强的吸收谱带，分别为2.5～4.0μm和5.6～10μm。因此，当激光与人体组织相互作用时，水对所用激光吸收系数的大小就决定了激光在组织中的穿透深度、损伤区域以及手术精度等。水对于不同波长激光的吸收系数示意图如图1所示。
图1 水对于不同波长光的吸收系数示意图
Nd:YAG激光器的波长为1.06μm，可以用石英光纤传输，在医疗方面有不少应用。但是，由于水对它的吸收仅为0.1cm-1，在有些外科手术中，它的穿透深度较深，损伤区域较大，
手术精度不高，因此不宜使用。Er:YAG激光波长为2.94μm,水对它的吸收为3000cm-1，属水的强吸收波段。对医疗应用来说，铒激光器是一个十分理想的光源，然而令人遗憾的是：铒激光不能用石英光纤传输，能够传输铒激光的非石英光纤容易断裂，防碍其临床应用。Ho:YAG激光波长为2.1μm，位于水较强吸收谱线。水对其吸收约为25cm-1，是水对Nd:YAG 激光吸收的250倍。显然，水对Ho:YAG激光的强吸收使其可以在大部分软组织和硬组织中产生浅的穿透深度、高的手术精度和独特的凝血作用，大大限制了损伤区域。在未来几年中，它将逐步取代Nd:YAG激光器。虽然水对钬激光的吸收只是水对铒激光吸收的一百二十分之一，然而钬激光能用低OH-的石英光纤传输，这就使钬激光能有效地工作在气体和液体环境中，为医生切除软骨和其它硬组织提供精确的途径，使钬激光成为现有激光内窥镜系统中最适宜的光源[37]。钬激光在软组织中的外科手术精度与CO2激光相比较，可能略低于CO2激光的手术精度，然而它能为大部分组织提供更好的凝血功能。除此之外，二者之间的最大区别是CO2激光不能用石英光纤传输，只能借助于笨重的关节臂来导光，十分不便；而能用光纤传输的脉冲钬激光则是切除和烧蚀软骨以及其它硬的钙化的组织的有效工具。因此有人称钬激光对于CO2激光来说具有挑战性，在某些手术中钬激光具有取代CO2激光的潜力。
表1所示为实验得出的人体组织对于不同波长光的吸收系数。由于人体其它部分组织也都含有大量的水分，由此可以推出，人体组织对2.1μm的钬激光均有强烈的吸收作用，这一特点使得钬激光器在医学上有着广阔的应用前景。
表1皮肤组织对不同波长光的吸收系数
5、大功率钬激光器技术方案的提出
根据上述钬激光器在医疗中的具体应用，我们提出了一种实现大功率输出的灯泵钬激光器实用化方案：对单路电源的放电信号进行分频处理，在软硬件上实现单路电源改造成具有多条放电回路并且轮流等时间间隔工作的多路电源，最终实现一台电源供两路或四路Cr,Tm,Ho:YAG激光器轮流等时间间隔工作的设想。在水温0oC，单脉冲注入能量100J,重频20Hz时，双路Cr,Tm,Ho:YAG激光器直接输出功率有望突破35W，合光路后光纤末端输出功率25W。该设计方案为同类激光器的研究与应用提供了有利参考，具有一定的指导意义。
参考文献
[1]L.F.Johnson，J.E.Geuis，L.G.Van Uitert，et.al.Coherent oscillations from Tm3+,Ho3+,Yb3+ andEr3+ ions in yttrium aluminum garnet. Applied Physics Letters.1965，7(5)：127～129
[2]L.F.Johnson，J.E.Geusic，L.G.VanUitert et al. Efficient high-power coherent emission from Ho3+ ions in yttrium aluminum garnet assisted by energy transfer.Applied Physics Letters，1966，8(8)：200～202
[3]R.Beck,K.Gurs. Ho laser with 50W output and 6.5％slope efficiency.Journal of applied physics，1975，46(12)：5224～5225
[4]Norman P.Barnes，D.J.Gettemy.Pulsed Ho:YAG oscillator and amplifier. IEEE Journal of Quantum Electron，1981，17：1303～1304
[5]T.Y.Fan,R.L.Byer et al. Continuous wave operation at 2.1μm of a diode-laser-pumped, Ho:YAG laser at 300.Optics letters.，1987，12：678～680
固体激光器原理-固体激光器 固体激光器发展历程 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，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；(2)大多数镧系金属离子；(3)锕系金属离子。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 、钇铝石榴石、钨酸钙、氟化钙等，以及铝酸钇、铍酸镧等。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；http://具有良好的光谱特性、光学透射率特性和高度的光学均匀性；具有适于长期激光运转的物理和化学特性。晶体激光器以红宝石和掺钕钇铝石榴石为典型代表。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
固体激光器原理及应用
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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 ............................................................................... 错误!未定义书签。关键词 ........................................................................... 错误!未定义书签。Abstract ....................................................................... 错误!未定义书签。Kｅy words ................................................................... 错误!未定义书签。1引用2? 2激光与激光器 ........................................................ 错误!未定义书签。 2.1?激光 ........................................................................ 错误!未定义书签。 2.2激光器 ............................................................... 错误!未定义书签。３?固体激光器 .............................................................. 错误!未定义书签。３．1?工作原理和基本结构 ........................................ 错误!未定义书签。３．2?典型的固体激光器?错误!未定义书签。 ３.３典型固体激光器的比较?错误!未定义书签。 3.4固体激光器的优缺点?错误!未定义书签。 4固体激光器的应用?错误!未定义书签。 4.1?军事国防?错误!未定义书签。 4．2?工业制造?错误!未定义书签。 4.3医疗美容?错误!未定义书签。 5结束语 .................................................................... 错误!未定义书签。参考文献 ....................................................................... 错误!未定义书签。
第一台激光器——红宝石固体激光器摘要：本文主要回顾了第一台激光器的研制历程，介绍了红宝石激光器的工作原理和它的发明者梅曼先生。 一、发展历程 1917年，爱因斯坦(Einstein)在气体平衡计算的工作中，发现在自然界存在着两种发光形式:一种是自发辐射，一种是受激辐射。前者指的是自然光的发光形式，而第二种正是产生激光的基础理论。激光的定义就是:“利用辐射的受激辐射实现的光放大”( Light amplification by the stimulated emission of radiation )。爱因斯坦的观点被当时的第一次世界大战的枪炮声所淹没，对于受激辐射这一重妥概念的意义没有被人们及时认识到. 1921年，发明磁控管，从此开始了微波的研究。 1927年，狄拉克(Dirac)根据感应辐射的属性提出创制星子书瞬浮的建议。 1934年，克赖克汤和威廉}i} i}i}于振荡器发现了电磁波和分a:.的相互作用。这是最旱期的电磁波谱学实验。 30年代，一些科学家建立的量子力学理论，使爱因斯坦的这两种发光形式的物理内容得到更为深刻的阐明。同时，近代光谱学的发展，也为激光光的出现奠定了的理论基础. 1944年，扎沃依斯基发现了电子的顺磁共振，打下了对微波波段电子顺磁能级研究的基础. 1945年第二次世界大战结束以后，大扰物理学家问到大学工作，在大学里建起了强大的新设备.他们开始着手进行微波波谱学山研究。当时，韦伯(Webber )、法布里肯特、巴索夫(tacos)和普罗霍洛夫(11po1。二。。)以及汤斯("l}ow'nes)等科学家分别提出了用受激辐射获得放大的设想。这是激光理论发展的重要起点. 1946年在美、英两国几乎同时发现氨谱线中的精细结构和超精细结构。 关于波谱学最显著的成果是发现氢原子谱-的兰姆位移。这是哥伦比亚大学的兰姆( Larnb)和另一同事的共同成果。他们曾具休地论述了观测净受激发射(负吸收)的可能性，明确指出了粒子数反转能够在何种状态实现，并针对一定的入射波，粗略计算了它的增益。 作为激光的物理基础—受激辐射早在1917年就为人所知.可是，从1917年到1950年30多年来，在实验上却一直没有人去证明这个过程的存在.人们以为，要想在小于一亿分之一秒的时间里进行原子受激发射的宏观观察是难于做到的。但在后来激光器制成后.实验工作并不象人们最初所设想的那样艰难。从1940年观察到离子数反转到激光器，这中间仅仅一步之差，可是这“一步”却一直走了20年. 人类对电磁波的利用和无线电技术的发展，使社会和生产急需把这种利用由无线电波段向微波波段扩展，这就导致了微波放大理论及其器件的产生. 1951年，美国的汤斯提出了利用受激辐射获得放大的原理首先获得微波放大的设想.同年，普塞耳(I'urcell)和庞德(Pound)用核磁共振所进行的一次实验，造成了粒子数反转，进一步确认了受激辐射过程，给微波放大器的产生带来了希望。其后，汤斯进行了两年半的艰苦工作，干1953年末和果尔登(Gordon )、
半导体激光器工作原理及主要参数 OFweek激光网讯：半导体激光器又称为激光二极管（LD，Laser Diode），是采用半导体材料作为工作物质而产生受激发射的一类激光器。常用材料有砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟（InP）、硫化锌（ZnS）。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦激励三种形式。半导体激光器件，一般可分为同质结、单异质结、双异质结。同质结激光器和单异质结激光器室温时多为脉冲器件，而双异质结激光器室温时可实现连续工作。半导体激光器的优点在于体积小、重量轻、运转可靠、能耗低、效率高、寿命长、高速调制，因此半导体激光器在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、激光医疗、激光测距、激光雷达、自动控制、检测仪器等领域得到了广泛的应用。 半导体激光器工作原理是：通过一定的激励方式，在半导体物质的能带（导带与价带）之间，或者半导体物质的能带与杂质（受主或施主）能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时便产生受激发射作用。半导体激光器的激励方式主要有三种：电注入式、电子束激励式和光泵浦激励式。电注入式半导体激光器一般是由GaAS（砷化镓）、InAS（砷化铟）、Insb（锑化铟）等材料制成的半导体面结型二极管，沿正向偏压注入电流进行激励，在结平面区域产生受激发射。电子束激励式半导体激光器一般用N型或者P型半导体单晶（PbS、CdS、ZhO等）作为工作物质，通过由外 部注入高能电子束进行激励。光泵浦激励式半导体激光器一般用N型或P型半导体单晶（GaAS、InAs、InSb等）作为工作物质，以其它激光器发出的激光作光泵激励。 目前在半导体激光器件中，性能较好、应用较广的是：具有双异质结构的电注入式GaAs 二极管半导体激光器。 半导体光电器件的工作波长与半导体材料的种类有关。半导体材料中存在着导带和价带，导带上面可以让电子自由运动，而价带下面可以让空穴自由运动，导带和价带之间隔着一条禁带，当电子吸收了光的能量从价带跳跃到导带中去时就把光的能量变成了电，而带有电能的电子从导带跳回价带，又可以把电的能量变成光，这时材料禁带的宽度就决定了光电器件的工作波长。 小功率半导体激光器（信息型激光器），主要用于信息技术领域，例如用于光纤通信及光交换系统的分布反馈和动态单模激光器（DFB-LD）、窄线宽可调谐激光器、用于光盘等信息处理领域的可见光波长激光器（405nm、532nm、635nm、650nm、670nm）。这些 器件的特征是：单频窄线宽、高速率、可调谐、短波长、光电单片集成化等。 大功率半导体激光器（功率型激光器），主要用于泵浦源、激光加工系统、印刷行业、生物医疗等领域。 半导体激光器主要参数： 波长nm：激光器工作波长，例如405nm、532nm、635nm、650nm、670nm、690nm、780nm、810nm、860nm、980nm。 阈值电流Ith：激光二极管开始产生激光振荡的电流，对小功率激光器而言其值约在数 十毫安。
一．固体激光器简介 激光是二十世纪最伟大的发明之一。自1958年肖洛（A. Schawlow）和汤斯（C. Townes）首篇光频下激光作用的论文以及1960年梅曼（T. Maiman）实现红宝石激光器以来，激光科学与激光技术的发展日新月异。激光高技术对传统学科和技术的发展产生巨大影响，以激光高技术为核心的相关产业已成为知识经济时代和信息时代的重要驱动力量，并带动了10倍以上高技术产业发展。激光高技术将在国民经济建设、军事和科学研究中发挥不可取代的关键作用，是一项具有战略性,全局性和带动性的战略高技术。 激光器按其工作物质来说，可分为固体、气体、液体、化学和自由电子激光器几大类。其中，固体激光器由于具有体积小，储能高、激发方案简单和可靠性高等优点，一直处在激光研究的中心地位。大多数激光应用领域不仅仅需要激光的输出功率高，而且要求激光光束质量好，表1-1给出了主要大功率激光器特性比较一览表。从表1-1我们可以看出，基于半导体激光器和固体激光技术发展起来的半导体激光泵浦固体激光器（DPL）是固体激光器发展历程上的巨大革新，它摒弃了半导体激光器光束质量差的缺点，继承了固体激光器光束质量好的优点；继承了半导体激光器效率高、寿命长的优点并摒弃了闪光灯泵浦的固体激光器效率低、寿命短的缺点，集半导体激光器、固体激光器的优势于一身，与传统闪光灯泵浦固体激光器和气体放电激光器相比可实现更高光束质量激光输出，且体积小10倍，效率和寿命均提高10倍，可靠性提高100倍；与化学激光器相比，具有效率高（电光效率约为17%）、波长短、能流密度高、体积小而紧凑（全固化）、寿命长（万小时）、易操作、运转灵便（连续/重复率/长/短脉冲）、易智能化、无污染等，再加上DPL输出功率动态范围极大（从mW到TW），又便于模块化和电激励，其应用遍及工业生产、国防建设、科学研究等众多领域。DPL实用化十年来的发展表明，DPL已成为固体激光发展的主要方向，并呈现出旺盛的生命力，其应用领域渗透到工业生产、国防建设、居家娱乐、科学研究等众多领域，将导致现有的器件更新换代，开拓重大新领域，成为国防和民用工业的新一代激光源。未来10～20年将发展成为高技术产业、国防建设重大的、不可取代的关键技术。 在某种意义上说，DPL不仅仅是泵浦源由闪光灯向半导体激光器转换的
文献综述 激光在军事武器中的应用研究 2016年6月2日
目录 摘要 (1) 1.绪论 (2) 1.1引言 (2) 1.2激光技术发展历程 (2) 1.3激光技术在军事领域的应用的研究现状 (3) 2.激光的基本特性 (4) 2.1激光的概念 (4) 2.2激光的特点 (4) 2.3激光的产生 (5) 3.激光技术在军事领域的应用 (6) 3.1激光武器的分类 (6) 3.2已装备的激光技术军事运用 (8) 3.3激光武器的特点及局限 (12) 展望 (13) 参考文献 (14)
激光在军事武器中的应用研究 摘要 随着人类文明和科技不断发展与进步，越来越多的科技被运用，许多技术被运用到军事领域上来，研制了许多的军事武器，高技术武器装备的研究更是带动了科技的不断进步，尤其是激光技术进步。 激光技术是人类20世纪60年代的重大科学技术成就之一，激光具有高亮度、高方向性、高单色性及相干性好的特点，尤其在现代军事的观测、监视、通信及武器系统方面的应用发挥了巨大作用。现代军事侦察技术特别是卫星、遥感技术的发展，地球上空有千余颗各类侦察卫星和通信卫星，对世界各国进行着全方位、全频谱、全时、全维的侦察和探测。激光技术用于军事，不仅可以提高现有常规武器的命中率，而且可为军队提供新型战术武器，从而大大增强军队在现代战争中的作战能力，其应用有激光雷达、激光测距、定向能激光武器、激光制导、激光通信、航空航天、电子对抗等方面，受到各大军事强国的重视，成为军事技术最活跃的一个领域。 关键词:激光技术，激光测量，激光通信，激光制导，激光武器
1.绪论 1.1引言 随着高技术武器装备的问世并运用于局部战争，高技术局部战争便应运而生，并经历着由低级向高级的发展过程。高技术局部战争以其鲜明的特征，标志着战争这个古老而又年轻的社会现象发展到了一个崭新的阶段。 第二次世界大战以来，由于霸权主义的争夺而导致的局部战争和武装冲突连绵不断，在新技术革命大潮的冲击下，科学技术得到了飞速发展。军事高技术的兴起，使军队的武器装备发生了质的飞跃，一件件新式武器装备诞生了，一件件旧式武器装备被淘汰了。高技术局部战争便是这种军事高技术与局部战争的结合体。 因此，在现代战争中，科学技术水平的高低，将直接影响到战争的胜负。高技术运用于军事领域，首先直接作用于武器装备，引起了武器装备的更新换代，而新式武器装备用于战争，便出现许多新的作战样式，产生新的作战方法，引起了战争形态的变化，最终导致了军事理论的变革，科学技术不但推动了人类社会的发展，也推动了战争的发展。当今，一个研究高技术、利用高技术的浪潮正冲击着社会的每一个角落，而研究军事高技术，利用军事高技术，正是时代的需要，是顺应时代发展的必然。而激光技术正是其中一项。 1.2激光技术发展历程 激光技术的发展历程可以大致分为受激辐射概念的提出、微波波谱学的创立、微波激射器的问世、激光器诞生以及激光技术的发展这五个阶段。[1] 1900年普朗克提出了“量子”假说之后, 爱因斯坦于1905年提出了“光量子”假说, 认为辐射不仅在发射和吸收过程中是以量子的形式出现的,而且辐射本身也是由光量子组成的。1909年,爱因斯坦对辐射的理解进一步深化, 他在《论辐射问题的现状》中明确指出, 普朗克定律本身隐含着这样的内容:辐射场不仅显示出波动性, 而且显示出粒子性, 第一次明确提出了辐射的“波粒二象性”概念。1911年, 卢瑟福提出原子结构的核模型。1913年, 波尔提出了原子结构假说, 1954年7月美国物理学家汤斯和他的小组研
激光器激励原理 —固体激光器 1311310黄汉青 1311343张旭日辅导老师：
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 1引用 世界上第一台激光器—红宝石激光器（固体激光器）于1960年7月诞生了，距今已有整整五十年了。在这五十年时间里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。 未来的固体激光器将朝着以下几个方向发展： a)高功率及高能量 b)超短脉冲激光 c)高便携性 d)低成本高质量 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，你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。 2激光与激光器
2.1激光 2.1.1激光（LASER） 激光的英文名——LASER，是英语词组Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation（受激辐射的光放大）的缩写[1]。2.1.2产生激光的条件 产生激光有三个必要的条件[2]： 1)有提供放大作用的增益介质作为激光工作物质，其激活粒子（原子、分子或离子）有适合于产生受激辐射的能级结构； 2)有外界激励源，将下能级的粒子抽运到上能级，使激光上下能级之间产生粒子数反转； 3)有光学谐振腔，增长激活介质的工作长度，控制光束的传播方向，选择被放大的受激辐射光频率以提高单色性。 3固体激光器 3.1工作原理和基本结构 在固体激光器中，由泵浦系统辐射的光能，经过聚焦腔，使在固体工作物质中的激活粒子能够有效的吸收光能，让工作物质中形成粒子数反转，通过谐振腔，从而输出激光。 如图1所示,固体激光器的基本结构（有部分结构没有画出）。固体激光器主要由工作物质、泵浦系统、聚光系统、光学谐振腔及冷却与滤光系统等五个部分组成[4]。
固体激光器原理及应用 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。本论文先从基本原理和结构介绍固体激光器，最后介绍其在监测，检测，制造业，医学，航天等五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 1激光与激光器 1.1激光 1.1.1激光（LASER） 激光是在 1960 年正式问世的。但是，激光的历史却已有 100多年。确切地说，远在 1893年，在波尔多一所中学任教的物理教师布卢什就已经指出，两面靠近和平行镜子之间反射的黄钠光线随着两面镜子之间距离的变化而变化。他虽然不能解释这一点，但为未来发明激光发现了一个极为重要的现象。 1917年爱因斯坦提出“受激辐射”的概念，奠定了激光的理论基础。激光，又称镭射，英文叫“LASER”，是“Light Amplification by Stimu Iatad Emission of Radiation”的缩写，意思是“受激发射的辐射光放大”。激光的英文全名已完全表达了制造激光的主要过程。1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称“激光”。 1.1.2产生激光的条件 产生激光有三个必要的条件： 1)有提供放大作用的增益介质作为激光工作物质，其激活粒子（原子、分 子或离子）有适合于产生受激辐射的能级结构； 2)有外界激励源，将下能级的粒子抽运到上能级，使激光上下能级之间产 生粒子数反转； 3)有光学谐振腔，增长激活介质的工作长度，控制光束的传播方向，选择 被放大的受激辐射光频率以提高单色性。 1.1.3激光的特点 与普通意义上的光源相比较，激光主要有四个显著的特点：方向性好、亮度极高、单色性好、相干性好。
目录 摘要 (1) 关键词 (1) Abstract (1) Keywords (1) 1引言 (2) 2激光 (2) 2.1激光产生的三个条件 (3) 2.2激光的特点 (3) 2.3激光器 (3) 3 CO2激光器的原理 (5) 3.1 CO2激光器的基本结构 (5) 3.2 CO2激光器基本工作原理 (7) 3.3 CO2激光器的优缺点 (8) 4 CO2激光器的应用 (9) 4.1军事上的应用 (9) 4.2医疗上的应用 (10) 4.3工业上的应用 (12) 5 CO2激光器的研究现状与发展前景 (14) 5.1 CO2激光器的研究现状 (14) 5.2 CO2激光器的发展前景 (15) 6 结束语 (17) 参考文献 (19) 致谢 (20)
摘要：本文从引言出发介绍了CO2激光技术的基本情况，简单介绍了激光和激光器的一些特点，重点介绍了气体激光器中的CO2激光器的相关应用，目前CO2激光器是用最广泛的激光器之一，它有着一些非常突出的高功率、高质量等优点。论文首先介绍了应用型CO2激光器的基本结构和工作原理，着重介绍了应用型CO2激光器在军事、医疗和工业三个主要领域的应用，最后介绍应用型CO2激光器的研究前景和现状。通过这些介绍使得人们能够加深对CO2激光器的了解和认识。 关键词: CO2激光器；基本原理；基本结构；应用； Abstract: This departure from the introduction of CO2 laser technology, introduced the basic situation, briefly introduced some of the characteristics of laser and laser to highlight the CO 2gas laser in laser-related applications, the current CO 2 laser was one of the most extensive laser, it had some very prominent high-power, high quality and so on. Paper introduced the application of CO 2 laser-type basic structure and working principle, focusing on the application type CO 2 laser in the military, medical and industrial application of the three main areas, Finally, applied research prospects for CO 2 laser and status. Through these presentations allowed people to deepen their knowledge and understanding of CO s lasers. Keywords:CO2Laser Basic Principle Basic Structure Application
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
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
第四章激光材料 激光器是60年代初才出现的一种新颖光源，激光较普通光具有三个突出特点：第一，方向性好，亮度高；第二，单色性好；第三，相干性好。 首先，在现有的各类光源中，激光的亮度最高，比太阳表面的亮度还要高1010 倍。 激光的另一个特点是方向性好。 普通光源发出的光是向四面八方发射的，激光器则不同，他只向一定的方向发出一束几乎平行的光，光束的发射角很小。 例如，氦—氖激光器的光束发散角只有1～5mrad。虽然探照灯的方向性较好，但它的光束在几公里之外扩展到几十米，而激光器的光束在几公里之外，扩展的范围仅有几厘米。 其次，激光的单色性好。 一般有单色光源发出的光实际上波长并不是单一的，而是有一定的波长范围，这个范围称为单色光的谱线宽度。光的波长范围越小，谱线宽度越窄，说明它的单色性越好。 在普通光源中，单色性最好的是氪灯，发出光的谱线宽度在室温下为0.00095 nm。
氦—氖气体激光器发出的光，其谱线宽度在室温下为1×10-8 nm。 由此可知，激光器的单色性比氪灯要好上万倍。 激光还具有相干性，它有高度的空间相干性和时间相干性。 空间相干性是指从两个不同点发出的单色光相位间的相关性。 时间相干性是指从一点光源发出的单色光经过不同路径而到达同一区域时，由于时间差而产生干涉现象。 激光器发出的激光有可见光，也有红外光，紫外光甚至是x射线。 第一节激光产生的原理 在正常情况下，原子中的电子大多数处于能级较低的稳定状态。 在原子受到光的照射，加热或微粒的碰撞后，就吸收外来的能量，电子便从能量较低的基态跃迁到能量较高的激发状态。 处于激发状态的电子不稳定，会很快跳回到基态，同时放出能量。
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/759165466.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
激光测距及在军事上的应用 光子学中心袁建伟 摘要：本文简要介绍了脉冲激光测距原理及常见的激光测距光源，并对它们在军事上的应用作了相应的介绍。 关键词：激光测距,激光光源, 军事应用 1 引言 激光测距是激光在军事上应用最早和最成熟的技术。自1960年第一台激光器--红宝石激光器发明以来，便有人开始进行激光测距的研究。和微波测距等其它方法相比,激光测距具有更好的方向性和更高的测距精度,测程远,抗干扰能力强,隐蔽性好,因而得到广泛的应用。激光测距的研究还对雷达技术的发展起了很大的促进作用,因而在国民经济和国防建设中具有重要意义。 根据所发射激光状态的不同,激光测距分为激光脉冲测距和连续波激光测距,后者根据起止时刻标识的不同又分为相应激光测距和调频激光测距。本文将介绍脉冲测距的最新技术发展。 2 脉冲激光测距原理 脉冲激光测距是利用激光脉冲持续时间极短,能量在时间上相对集中,瞬时功率很大(一般可达兆瓦)的特点,在有合作目标的情况下,脉冲激光测距可以达到极远的测程;在进行几公里的近程测距时,如果精度要求不高,即使不使用合作目标,只是利用被测目标对脉冲激光的漫反射索取的反射信号,也可以进行测距。 一个典型的脉冲飞行时间激光测距系统通常有以下五个部分组成:激光发射单元,一个或两个接受通道,时刻鉴别单元,时间间隔测量单元和处理控制单元。激光发射单元在t0时刻发射一激光脉冲,其中一小部分功率直接进入接收通道1,经时刻鉴别单元产生起始(START)信号,开始时间间隔测量;其余功率从发射天线向目标发射出去,经距离R到达目标后被反射;接受通道2的光电探测器接受到返回脉冲,经放大后到达时刻鉴别单元,产生一终止(STOP)信号,终止时间间隔测量;时间间隔测量单元把所测得的结果t输出到处理控制单元,最后得到距离R=ct/2。 3 激光测距在军事上的应用 （1） 激光测距光源 战术和战略用脉冲激光测距仪主要包括红宝石、Ｎｄ∶ＹＡＧ、ＣＯ２、喇曼频移Ｎｄ∶ＹＡＧ和Ｅｒ∶玻璃等脉冲激光测距仪。 １．红宝石脉冲激光测距仪 ０．６９μｍ的红宝石脉冲激光测距仪是第一代军用激光测距仪，其结构简单，紧凑。因工 作波长属近红外绿光，极易暴露目标，加上对人眼极不安全，目前除少数应用外已被淘汰。 ２．Ｎｄ∶ＹＡＧ脉冲激光测距仪 Ｎｄ∶ＹＡＧ脉冲激光测距仪的主要优点是隐蔽性、电效率和脉冲重复工作频率大大优于红宝石激光测距仪，因而从６０年代后期开始广泛装备部队；主要缺点：①工作波长为１．０６μｍ，相对说来较短，在大气中的衰减较大，不完全适合自然雾和战场烟幕等环境条件；②１．０６μｍ波长被发射后经人眼聚焦进入视网膜，在很短的距离上若不加防护观察，可以使人眼永久致盲；③１．０６μｍ波长不与８￣１２μｍ热成像系统兼容。而Ｎｄ∶ＹＡＧ脉冲激测距仪目前仍具有无法取代的独特优点。 ３．ＣＯ２脉冲激光测距仪 ＣＯ２脉冲激光测距仪是７０年代末和８０年代中期主要针对１．０６μｍ的Ｎｄ∶ＹＡＧ激光测距仪的缺点发展起来的新一代人眼安全激光测距仪。其主要优点有：①大气穿透能力优于
光纤激光器的原理及应用 张洪英 哈尔滨工程大学理学院 摘要：由于在光通信、光数据存储、传感技术、医学等领域的广泛应用，近几年来光纤激光器发展十分迅速，且拥有体积小、重量轻、检测分辨率高、灵敏度高、测温范围宽、保密性好、抗电磁干扰能力强、抗腐蚀性强等明显优势。本文简要介绍了光纤激光器的基本结构、工作原理及特性，并对目前几种光纤激光器发展现状及特点做了分析，总结了光纤激光器的发展趋势。 关键词：光纤激光器原理种类特点发展趋势 1引言 对掺杂光纤作增益介质的光纤激光器的研究20世纪60年代，斯尼泽(Snitzer)于1963年报道了在玻璃基质中掺激活钕离子(Nd3+)所制成的光纤激光器。20世纪70年代以来，人们在光纤制备技术以及光纤激光器的泵浦与谐振腔结构的探索方面取得了较大进展。而在20世纪80年代中期英国南安普顿大学掺饵(EI3+)光纤的突破，使光纤激光器更具实用性，显示出十分诱人的应用前景[1]。 与传统的固体、气体激光器相比，光纤激光器具有许多独特的优越性，例如光束质量好，体积小，重量轻，免维护，风冷却，易于操作，运行成本低，可在工业化环境下长期使用；而且加工精度高，速度快，寿命长，省能源，尤其可以智能化，自动化，柔性好[2-3]。因此，它已经在许多领域取代了传统的Y AG、CO2激光器等。 光纤激光器的输出波长范围在400~3400nm之间,可应用于：光学数据存储、光学通信、传感技术、光谱和医学应用等多种领域。目前发展较为迅速的掺光纤激光器、光纤光栅激光器、窄线宽可调谐光纤激光器以及高功率的双包层光纤激光器。 2光纤激光器的基本结构与工作原理 2.1光纤激光器的基本结构 光纤激光器主要由三部分组成：由能产生光子的增益介质、使光子得到反馈并在增益介质中进行谐振放大的光学谐振腔和可使激光介质处于受激状态的泵浦源装置。光纤激光器的基本结构如图2.1所示。
固体激光材料与激光器的发展及应用 西华师范大学物理与电子信息学院 摘要：近年来2μm波段室温运行的固体激光器由于在医学、光通讯、激光雷达等方面的重要的应用前景而引起学术界和商业界的广泛关注。本文详细介绍了2μm波段固体激光材料及激光器的发展状况，阐述了医用Cr,Tm,Ho:YAG激光器的技术特点，最后提出了应用2μm波段固体激光材料研制大功率激光器的新思路，为同类激光器的研究与应用提供了有利参考，具有一定的指导意义。 关键词：Cr,Tm,Ho:YAG 2μm波段钬激光治疗机激光医疗 1、前言 与气体激光器相比，半导体泵浦固体激光器具有体积小、重量轻、供电简单、结构紧凑、便于携带、便于维护和操作等优点。现在已用作手术治疗、肌肉组织焊接、牙科治疗、光镇痛和光针灸等领域。2μm波段恰恰处于水分子的吸收峰，输出波长为2μm的固体激光器是激光手术的最佳波长。与通常的Nd:YAG激光(1.064μm)相比，人体对2μm激光的吸收效果更好，激光切割能力大大提高，尤其对敏感组织，如肝、胃、结肠等软组织的烧蚀利切割效果更加理想。此外石英光纤还可以传播2μm激光，这使得激光传导更加容易。目前半导体激光器泵浦的Ho∶YLF 2.12μm激光器已做成结构紧凑、维护容易、便携式的医用器械。虽然2μm激光器有着如此广泛而重要的应用前景，并且在相应领域已经得到了大范围的应用，但是对于二极管泵浦2μm固体激光器深入的研究并不是伴随着激光器的产生而开始的，其间经历了漫长的过程。 2、国外2μm波段固体激光材料及激光器的发展状况 （1）Ho:YAG激光器 1965年Bell实验室Johnson等人首先报道了Ho:YAG在液氮温度下实现振荡[1]，使用的晶体用熔盐法生长，晶体长度25mm，输出三种不同的激光波长。输出波长2.0975μm时，脉冲阈值为44J；输出波长2.0914μm时，脉冲阈值为1760J；输出波长2.1223μm时，脉冲阈值为410J。高阈值限制了Ho:YAG的应用。 （2）Er,Tm,Ho:YAG激光器 Ho:YAG激光器泵浦效率低是由于Ho3+在YAG中只有几条弱吸收线。为了增加对灯泵能量的吸收，1966年Johnson等人采用Er3+和Tm3+来敏化Ho3+，由于它们吸收和传递泵浦能量，液氮温度下得到了5％的闪光灯泵浦效率和15W的连续激光输出[2]。1975年，Beck 等人报道了直径4mm，长度70mm的晶体在液氮温度下连续输出50W，斜率效率6.5％，使用钨卤素灯作泵浦源[3]。1981年Barnes等人在液氮温度下实现了脉冲激光振荡和放大，TEM00模输出112mJ，斜率效率1.2％，放大输出235mJ。晶体直径4mm，长度56mm，晶体中Ho3+、Tm3+、Er3+和Y3+分别占0.021、0.037、0.616和0.326[4]。 （3）Tm,Ho:YAG激光器 1987年Fan等人报道了用波长为781.5二极管激光器泵浦Tm,Ho:YAG获得室温连续输出，阈值4.4mW，斜率效率19％，输出波长2.074μm [5]。1990年Stoneman等人实现了Tm,Ho:YAG在2.09～2.12范围连续可调谐激光输出。晶体用引上法生长，Tm3+和Ho3+的含量分别为8.3×1020cm-3和6.9×1019cm-3。 （4）Cr,Tm,Ho:YSGG激光器