光电子技术期中作业
电科
张焕
2010117154
四种激光器的典型应用
【作者】张焕；
【机构】西北大学信息科学与技术学院；
【摘要】综述了目前四种主要的激光器在生产生活中的典型应用。气体激光器大体上分为四类，这四类分别应用在不同方面。固体激光器主要介绍了其在军事、加工、医疗和科学研究等领域的用途。染料激光器主要应用在医学和军事方面。半导体激光器则在产业和技术方面、医疗和生命科学研究方面以及军事方面有比较大的应用；
【关键字】气体激光器、固体激光器、染料激光器、半导体激光器、应用；一、体激光器典气型应用
气体激光器分为原子气体激光器、离子气体激光器、分子气体激光器和准分子激光器。它们工作在很宽的波长范围，从真空紫外到远红外,既可以连续方式工作,也可以脉冲方式工作。
原子气体激光器
包括各种惰性气体激光器和各种金属蒸气激光器，如氦氖激光器和铜蒸气激光器。其中氦氖激光器是气体激光器最早研究成功的，并且仍在普遍使用。它的工作物质是混有氦的氖。在这种混合气体中放电，部分氦原子被激发到亚稳激发态21S或23S。这部分氦原子与基态氖原子碰撞时,能导致能量转移激发，使氖原子处于激发能级上，从而实现氖原子的粒子数反转分布。氖原子在谐振腔中通过受激发射过程主要发出三个波长（3.39微米，1.15微米和6328埃）的激光。氦氖激光器输出的激光功率只有几毫瓦到100毫瓦，效率约为0.1％。但是，氦氖激光器具有单色性好、方向性强、使用简便、结构紧凑坚固等优点，因而在精密测量、准直和测距中得到广泛的应用。气体激光器铜蒸气激光器具有平均功率高、重复率高等优点,发展很快。
离子气体激光器
在惰性气体和金属蒸气的离子的电子态能级之间建立粒子数反转，其激光波长大多在紫外和可见光区域，输出激光功率较大。典型的离子激光器有氩离子激光器、氪离子激光器和氦镉激光器等。应用最多的是氩离子激光器。它可以产生多条波长的激光，其中最强的是4480埃和5145埃。连续输出激光功率为几百毫瓦至几百瓦,效率很低，约为0.1％。它被应用于光谱学、光泵染料激光器、激光化学和医学等。
分子气体激光器
工作物质是中性分子气体，如氮、一氧化碳、二氧化碳、水蒸汽等。波长范围很广，从真空紫外、可见光到远红外。其中以二氧化碳激光器最为重要，其特
点是效率高，大约在10％～25％范围内，可以获得很高激光功率,连续输出功率高达万瓦,脉冲器件输出可达万焦耳每脉冲级。这种激光器工作在以 9.4微米和10.4微米为中心的多条分子振转光谱线上。二氧化碳激光器分为普通低气压封离型激光器、横向和纵向气体循环流动型激光器、横向大气压和高气压连续调谐激光器、气动激光器和波导激光器等。这些激光器可用于加工和处理（如焊接、切割和热处理）、光通信、测距、同位素分离和高温等离子体研究等方面。其中波导二氧化碳激光器是一种结构紧凑、增益高和可调谐的激光器，特别适用于激光通信和高分辨光谱学。
准分子激光器
利用准分子的束缚高能态和排斥性或弱束缚的基态之间的受激发射的激光器。由于基态寿命极短，可实现高效率和高平均功率。准分子激光器的主要受激准分子是惰性气体准分子和惰性气体卤化物准分子。激光发射波长主要在紫外和真空紫外区域，输出能量已达百焦耳量级，用于光泵染料激光器、同位素分离和激光化学。
二、固体激光器的典型应用
固体激光器在军事、加工、医疗和科学研究领域有广泛固体激光器的用途。它常用于测距、跟踪、制导、打孔、切割和焊接、半导体材料退火、电子器件微加工、大气检测、光谱研究、外科和眼科手术、等离子体诊断、脉冲全息照相以及激光核聚变等方面。固体激光器还用作可调谐染料激光器的激励源。
固体激光器的发展趋势是材料和器件的多样化，包括寻求新波长和工作波长可调谐的新工作物质，提高激光器的转换效率，增大输出功率，改善光束质量，压缩脉冲宽度，提高可靠性和延长工作寿命等。
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. 它常用于测距,跟踪,制导,打孔,切割和焊接,半导体材料退火, 电子器件微加工,大气检测,光谱研究,外科和眼科手术,等离子体诊断,脉冲全息照相以及激光核聚变等方面.
4.1 军事国防
在激光器军事应用的过程中,固体激光器可算是后起之秀.直到 20 世纪 90 年代,由于激光技术的发展,固体激光器才在各种军事应用领域崭露头角,并成为绝对的主角. 1) 常规的固体激光武器激光测距仪是部队中使用最普遍的激光系统,他们被装备在主站坦克,火炮和步兵战车上等.装备之后,可以大大的提高攻击命中率. 相比传统的光学瞄准装备,命中率提高数倍.目前,服役的激光测距仪大多数是 1.06m 的掺钕钇铝石榴石( No 3+ : YAG )激光测距仪.但由于长期使用该固体激光器容易让人眼膜损坏,目前正在转向对人眼安全的1.54m 掺
铒(Er)的磷酸玻璃激光器.当然,还有一些被大量使用的常规激光武器,例如激光目标指示器(LD 泵浦的固体激光器) , 激光雷达等. 2) 激光导弹防御系统激光导弹防御或称激光反导的基本特征是:用由光速的高能激光去摧毁声速运行的导弹或其它飞行固体. 我们可以说这方面是 LD 泵浦的固体激光器的天下,因为它有一些突出的优点.目前在陆军中采用的陆基小型激光反导系统,空军采用的机载激光反导系统和海军采用的舰载激光反导系统中都是使用 LD 泵浦的固体激光器.3) 未来的激光武器未来的固体激光武器主要的方向是超高功率和高便携性.高能激光器是未来战斗系统的重要组成部分,将在反监视,主动保护,防
空和清除暴露地雷等方面做出贡献.高便携性将使单兵作战的能力大极大的提高,充分发挥每一个兵的作用,当然目前这个想法还是仅仅处于理论阶段.目前各国
的激光武器都朝着这两个目标发展,当然实现这两个目标还需很漫长的等待. 4.2 工业制造
激光加工是激光系统最常用的应用.根据激光束与材料相互作用的机理,大体可将激光加工分为激光热加工和光化学反应加工两类. 激光热加工是指利用
激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程,包括激光焊接,激光切割,表面改性,激光打标,激光钻孔和微加工等;光化学反应加工是指激光束照射到
物体,借助高密度高能光子引发或控制光化学反应的加工过程.包括光化学沉积,立体光刻, 激光刻蚀等.这里我们主要来看看固体激光器的加工应用. 1) 激光
切割技术激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中, 可大大减少
加工时间,降低加工成本,提高工件质量.激光切割是应用激光聚焦后产生的高功率密度能量来实现的.与传统的板材加工方法相比,激光切割其具有高的切割质量,高的切割速度,高的柔性(可随意切割任意形状),广泛的材料适应性等优点. 目前常采用 1.06m 波长的 YAG 激光束. 2) 激光焊接技术激光焊接是激光材
料加工技术应用的重要方面之一,焊接过程属热导型,即激光辐射加热工件表面,表面热量通过热传导向内部扩散,通过控制激光脉冲的宽度,能量,峰功率和重
复频率等参数,使工件熔化,形成特定的熔池.由于其独特的优点,已成功地应用于微小型零件焊接中.与其它焊接技术比较,激光焊接的主要优点是:激光焊接速度快,深度大,变形小,能在室温或特殊的条件下进行焊接, 焊接设备装置简单. 目前尽管 CO2 激光器为主导热源, 但是 No 3+ : YAG 激光器也有一席之地. 3) 激光清洗技术激光清洗技术是指采用高能激光束照射工件表面,使表面的污物, 颗粒,锈斑或涂层等附着物发生瞬间蒸发或剥离,从而达到清洁净化的工艺过程.与普通的化学清洗法和机械清洗法相比,激光清洗有如下特征: a) 是一种完全的"绿色"清洗; b) 清洗的对象广泛; c) 几乎能够清洗所有的固体基材且不损伤基材; d) 容易实现自动化基材. 目前的典型的设备主要是 LD 泵浦固体激光器和 No 3+ : YAG 激光器.
4.3 医疗美容
固体激光器医疗与美容方面的应用也是非常广泛的,但是在这方面可以说
No 3+ : YAG 激光器"一家独大" .No 3+ : YAG 激光器是医学中用得较多的固体激光器,它的转换率高,输出功率大,单根晶体工作时输出功率可达百瓦,比 CO2 气体激光止血及凝固效果好,故在医学上常用来做手术刀,广泛应用于普外科,
耳鼻喉科,泌尿科和骨科及整形科经皮椎间盘手术等,切割血管丰富的组织,大大减少出血. No 3+ : YAG 激光脉冲能量大,不易被水和血红蛋白吸收,故穿透组织较深.No 3+ : YAG 激光器采用倍频技术可输出 532nm 的绿色激光,即倍频 No 3+ : YAG 激光,光斑直径 2~6mm,能量密度为 5~12j/cm2.虽然血管中的氧合血红蛋白对波长为 532nm 的光的吸收次于 585nm 的光, 但可选择 532nm 波长激光适当脉宽对血管性病变组织进行治疗.由于其穿透较浅,因而一般仅限于对较浅的血管性病变进行治疗.另外, 倍频 No 3+ : YAG 激光也可广泛应用于胃出血,血管瘤的的治疗及显微外科手术,对于由红的染料颗粒所引起的文身,文唇等人为的皮肤色素变异亦具有一定的治疗效果. 黑色素细胞对 532nm 的激光的吸
收较强,加之皮肤组织对该波长的散射较强,照射在皮肤上的 532nm 激光能量
被局限在皮肤表皮层, 采用调 Q 技术后,可对表浅型黑色素细胞增生,如咖啡斑,老年斑, 雀斑等达到较好的治疗效果.
三、染料激光器的典型应用.
1．医学应用
自从第一台红宝石激光器问世以后，激光技术就很快渗透到医学领域。1963年，Goldman尝试了利用激光的生物学效应进行皮肤疾病的治疗。1983年，选择性光热效应理论的提出使激光在医学中的应用更加活跃起来，而脉冲染料激光器恰恰又是选择性光动力学原理的实践者。可以说染料激光器的优势在医学方面得到了最大范围的发挥，尤其是液体染料激光器已被广泛应用。
利用脉冲染料激光器的波长选择能力制成的组织光学治疗仪器使得医生们能够更精确地、更具有选择性地治疗组织病变。通过选择激光参数，如波长、脉冲宽度、能量等，医生们能够选择性地治疗发生病变的组织，而不波及周围正常的组织。染料激光器用于眼科治疗比用其他激光器结构简单、体积小、使用方便，其波长又连续可调，使其可能把激光输出波长调至适合于眼科治疗范围。同时它能在最有效的生物光谱灵敏区内对生物样品进行分析和观察，在临床诊断和治疗中发挥作用。染料激光器还广泛作为临床治疗深部恶性肿瘤的光动力治疗中的有效光源。例如，周国瑜等经过2~5年随访观察发现，激光是治疗口腔颌面部各种静脉畸形与血管瘤的有效方法，脉冲染料激光又充分发挥了作用。
染料激光器在皮肤科和血管科也有较好的应用。蔡慧敏等通过对595nm脉冲染料激光治疗皮肤血管性疾病临床分析得出结论，利用595nm可变脉冲染料激光疾病较安全、有效的方法。现在能够发射近红外荧光的染料激光器引起了科研工作者足够的重视，因为它们能够用于对生物体的DNA的排序和映像，其价值不可估量。目前的商用仪器大多数都是液体染料激光器，如：利用液体染料治疗皮肤血管性疾病，具有无痛苦、不损伤表皮、不留疤痕、疗效显著等优点。而固体染料激光器具有更容易变换波长以及潜在的低价格等优点，很有发展前景，必定会导致染料激光医疗仪器的重大突破。
2 .军事应用
世界上首台激光器问世时，有远见的各主要大国军政便立即注意到它所孕育着的巨大军事应用潜力。经过40多年的发展，在现代军事和新型武器系统中，激光高能辐射武器，激光制导武器，激光侦察、探测、跟踪设备已经有了相当重要的地位。染料激光器作为激光器家族的重要一员，又具有其独特的优势，如染料激光器可调谐性很强，染料激光器功率可与气体、固体激光器相媲美，因此染料激光器在军事上得到了广泛的开发利用。
现役的各类型激光半主动制导武器系统抗干扰能力通常有限，为了提高此类系统的抗干扰能力，黄蜂等提出了采用激光脉冲宽度编码方式的抗干扰新技术。用于脉宽编码的脉宽可调谐激光器是其技术实现的关键。其中，利用布里渊散射的染料调Q技术，是目前在纳秒级脉宽可调激光器中研究较多的实现途径之一。在激光探测方面，激光探测器必然是向探测波段更宽的方向发展，这样才能满足未来战场的需要。而染料激光器的可调谐性正满足了这一要求，使得军用激光波长迅速增多，波段也变得越来越宽。
四、半导体激光器的典型应用
1. 在产业和技术方面的应用：
Ⅰ）光纤通信。光纤通信已经成为当代通信技术的主流。半导体激光器是光纤通信系统的唯一实用化的光源。Ⅱ）光盘存取。半导体激光已经用于光盘存储
器，其最大优点是存储信息量很大。采用蓝、绿激光能够大大提高光盘的存储密度。Ⅲ）光谱分析。远红外可调谐半导体激光器已经用于环境气体分析，监测大气污染、汽车尾气等。Ⅳ）光信息处理。半导体激光器已用于光信息处理系统。表面发射半导体激光器，二维列阵是光并行处理系统的理想光源，可用于光计算和光神经网络。Ⅴ）激光微细加工。借助于Q开关产生的高能量超短光脉冲，对集成电路进行切割、打孔等。Ⅵ）激光报警器。半导体法庭光报警器的用途甚广，包括防盗窃案报警、水位报警、车距报警等。Ⅶ）激光机打印机。高功率半导体激光器已经用于激光打印机，采用蓝、绿激光能够大大提高打印速度和分辨率。Ⅷ）激光条码扫描器。激光条码扫描器已广泛用于商品的销售以及图书和档案的管理。Ⅸ）抽运固体激光器。这是高功率半导体激光器的一个重要应用，采用它来取代原来的氙灯，可以构成全固态激光系统。Ⅹ）高清晰度激光电视。不久的将来，没有阴极射线管的半导体激光电视机可以投放市场，它利用红、蓝、绿三色激光，估计其耗电量比现有的电视机低20%。
2. 在医疗和生命科学研究方面的应用：
Ⅰ）激光手术治疗。半导体激光已经用于软组织切除，组织接合、凝固和汽化。普通外科、整形外科、皮肤科、泌尿科、妇产科等，均广泛地采用了这项技术。Ⅱ）激光动力学治疗。将对肿瘤有亲合性的光敏物质有选择地聚集于癌组织内，通过半导体激光照射使癌组织产生活性氧，旨在使其坏死而对健康组织毫无损害。Ⅲ）生命科学研究。使用半导体激光的“光镊”，可以捕捉活细胞或染色体并移至任意位置，已经用于促进细胞合成、细胞相互作用等研究，还可以作为法医取证的诊断技术。
3、军事方面的应用：
Ⅰ）激光引信。半导体激光器是唯一能够用于弹上引信的激光器。激光近炸引信能够准确地确定起爆点，并具有很好的搞电磁干扰能力，已在多种导弹和炸弹上使用。Ⅱ）激光制导。它使导弹在激光射束中飞行直至摧毁目标。半导体激光制导已用于地-空导弹、空-空导弹、地-地导弹等。Ⅲ）激光测距。主要用于反坦克武器以及航空、航天等领域。Ⅳ）激光雷达。高功率半导体激光器已用于激光雷达系统。小型激光雷达已用于常规兵器的自动目标识别和瞄准修正系统、机器人视觉系统和自主飞行器控制系统。Ⅴ）激光模拟。这是半导体激光器用于军事训练和学习的技术，通过调节射束的方位来达到模拟任何武器特征的目的，已经成功地模拟了步枪、火炮等。Ⅵ）深海光通信。近年来成为研究热点的蓝、绿激光，在海水中损耗很小，可以打破深海光通信的“禁区”。
【参考文献】 1.《中国激光》（期刊）；
2.《半导体光电》；
3.《数字世界》（期刊）；
4．《半导体激光器的应用前景》（硕士论文）；
5.《红外与激光工程》；
6.《百度文库》
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]。
半导体激光器的发展与运用 0 引言激光器的结构从同质结发展成单异质结、双异质结、量子 阱 （单、多量子阱）等多种形式, 制作方法从扩散法发展到液相外延（LP日、气相外延（VPE）、分子束外延（MBE）、金属有机化合物气相淀积（MOCVD）、化学束外延（CBE 以及它们的各种结合型等多种工艺[5].半导体激光器的应用范围十分广泛，而且由于它的体积小，结构简单,输入能量低,寿命长,易于调制和价格低等优点, 使它已经成为当今光电子科学的核心技术,受到了世界各国的高度 重视。 1 半导体激光器的历史 半导体激光器又称激光二极管（LD）。随着半导体物理的发展,人们早在20 世纪50 年代就设想发明半导体激光器。 20 世纪60 年代初期的半导体激光器是同质结型激光器, 是一种只能以脉冲形式工作的半导体激光器。在1962 年7 月召开的固体器件研究国际会议上,美国麻省理工学院林肯实验室的两名学者克耶斯（KeyeS和奎斯特（Quist、报告了砷化镓材料的光发射现象。 半导体激光器发展的第二阶段是异质结构半导体激光器,它是由两种不同带隙的半导体材料薄层，如GaAs,GaAIAs所组成的激光器。单异质结注人型激光器（SHLD，它是利用异质结提供的势垒把注入电子限制在GaAsP 一N 结的P 区之内,以此来降低阀值电流密度的激光
器。 1970 年,人们又发明了激光波长为9 000? 在室温下连续工作的双异质结GaAs-GaAlAs（砷化稼一稼铝砷）激光器. 在半导体激光器件中,目前比较成熟、性能较好、应用较广的是具有双异质结构的电注人式GaAs 二极管激光器. 从20 世纪70 年代末开始, 半导体激光器明显向着两个方向发展,一类是以传递信息为目的的信息型激光器;另一类是以提高光功率为目的的功率型激光器。在泵浦固体激光器等应用的推动下, 高功率半导体激光器（连续输出功率在100W 以上,脉冲输出功率在5W 以上, 均可称之谓高功率半导体激光器）在20 世纪90 年代取得了突破性进展,其标志是半导体激光器的输出功率显著增加,国外千瓦级的高功率半导体激光器已经商品化,国内样品器件输出 已达到600W另外，还有高功率无铝激光器、红外半导体激光器和量子级联激光器等等。其中,可调谐半导体激光器是通过外加的电场、磁场、温度、压力、掺杂盆等改变激光的波长,可以很方便地对输出 光束进行调制。 20 世纪90 年代末,面发射激光器和垂直腔面发射激光器得到了迅速的发展。 目前,垂直腔面发射激光器已用于千兆位以太网的高速网络,为了满足21 世纪信息传输宽带化、信息处理高速化、信息存储大容量以及军用装备小型、高精度化等需要,半导体激光器的发展趋势主要是向高速宽带LD大功率LD短波长LD盆子线和量子点激光器、中红外LD
医学中常用的激光器 自第一台激光器问世后，人们对激光器件及技术进行了大量的研制工作，取得了相当可观的成果。目前能实现激光运转的工作物质达数百种以上，大体上分为气体、固体、半导体、染料等几大类。人们在探索激光产生机理的同时，扩展了激光的频谱范围，几千条谱线遍布于真空紫外到远红外的广阔光谱区域。激光方向性好、强度大，可以使被照物体在1/1000s内产生几千度的高温，瞬间发生汽化。由于激光的物理特性决定了其具有明显的生物学效应，。各种不同的激光具有不同的特性和组织效应，正确认识激光的这些特点，是选择和合理利用激光的基础。 一．气体激光器 气体激光器，按工作物质的性质，大致可分成下列三种：(1)原子激光器：利用原子跃迁产生激光振荡，以氦氖激光器为代表。氩、氪、氙等惰性气体，铜、镉、汞等金属蒸气，氯、溴、碘等卤素，它们的原子均能产生激光。原子激光器的输出谱线在可见和红外波段，典型输出功率为10毫瓦数量级。 (2)分子激光器：利用分子振动或转动状态的变化产生辐射制成的，输出的激光是分子的振转光谱。分 子激光器以二氧化碳(CO 2)激光器为代表，其他还有氢分子(H 2 )，氮分子(N 2 )和一氧化碳(CO)分子等激光 器。分子激光器的输出光谱大多在近红外和远红外波段，输出功率从数十瓦到数万瓦。(3)离子激光器：这类激光器的激活介质是离子，由被激发的离子产生激光放大作用，如氩离子(激活介质为Ar＋)激光器。氦镉激光器(激活介质为Cd＋)等。离子激光器的输出光谱大多在可见光和紫外波段，输出功率从几毫瓦到几十瓦。 气体激光器是覆盖波谱范围最广的一类器件，能产生连续输出。其方向性、单色性也比其他类型器件好，加之制造方便、成本低、可靠性高，因此成为目前应用最广的一类器体。 1、氦氖激光器 氦氖激光器能输出波长为632.8nm的可见光，具有连续输出的特性。它的光束质量很好(发散角小，单色性好，单色亮度大)。激光器结构简单，成本低，但输出功率较小。氦氖激光器在工业、科研、国防上应用很广，医疗上主要用于照射，有刺激、消炎、镇痛、扩张血管和针灸等作用，广泛用于内科、皮肤科、口腔科及细胞的显微研究。 氦氖激光器有三种结构形式：内腔式、外腔式和半内腔式。它们均由放电管、谐振腔、激励电源等三部分组成。以内腔式为例，放电毛细管是产生气体放电和激光的区域，它的内径很小，约在1到几毫米。电极A为阳极，由钨杆或钼(或镍)筒制成。阴极K为金属圆筒，由铝、钼、钽等制成，它们均有足够的电子发射能力和抗溅射能力。组成谐振腔的两块反射镜紧贴于放电管两端，并镀以多层介质膜。其中一个为全反射镜，另一个则为部分反射镜，整个谐振腔在出厂前已调整完毕，因此使用简单、方便。放电管的管径比放电毛细管粗几十倍，用以保持氦氖气压比及加固谐振腔。为了避免放电管变形而引起激光输出下降，内腔管的长度不宜过大，一般不超过一米。外腔式激光器可以更换不同的反射镜，使输出功率最大，光束发散角最小。也可在反射镜和放电管之间插入光学元件，以研究激光器的输出特性，调制它的频率或幅度，并可制成单频大功率激光器。 2、二氧化碳激光器 二氧化碳激光器的能量转换效率达20～25%(氦氖激光器的能量转换效率仅为千分之几)。它的输出波长为10.6微米，属于远红外区，连续输出功率可达万瓦级，常用电激励，结构比较简单紧凑，使用 方便，是目前最常用的激光器之一，在医学上，CO 2激光器作为手术刀使用日益引起人们的重视。CO 2 激 光器也用于皮肤科、外科、神经外科、整形外科、妇科和五官科的手术，在癌症的治疗上也有一定成效。 最常见的封离型内腔式二氧化碳激光器的管壳是由硬质玻璃或石英材料制成的。常见为三层玻璃套管结构，其最内层是放电管，中间层是水冷套，外层是储气管。在内外层之间有气体循环通路，这是为了保证混合气体的均匀分布而设计的。其光学谐振腔通常用平凹球面腔。球面镜可用石英或其他光学玻璃做基片，然后，在表面上镀层金属膜。平面镜是输出窗片，要求它对10.6μm的激光有很好的透过率，且表面不易损伤，机械性能好等。一般中小功率的激光器常常采用锗单晶做输出片，大功率的用砷化镓
激光治疗的操作规范及管理 激光治疗具有相当的风险性，因而有必要在各方面严格遵循质控要求和有关的规章制度。唯有如此，才能充分保障患者的健康及安全，最大限度地减少并避免医疗事故。 【对操作人员的要求】 (1激光从业医技人员必须具备执业资格。 (2从事皮肤激光治疗的医师，应有一定的皮肤科临床经验。 (3从事皮肤激光治疗的医师均应经过正规培训，掌握激光的基本知识、激光的技术参数和操作方法。 (4从业人员应定期接受培训和再教育。 【操作规程】 (1与患者及家属进行术前谈话，告知激光手术可能的风险及术后注意事项，使患者的期望值达到合理水平，患者术前均应签署知情同意书。 (2按常规进行术前准备，根据需要清洁手术区、常规消毒，必要时还应予以局部麻醉和表面麻醉。麻醉剂的使用应遵循安全、规范的原则。 (3根据对患者的诊断，选择合适的激光器和激光参数进行治疗。治疗时，对周围正常皮肤要给予妥善防护，工作人员应佩戴防护目镜以保护眼部。 (4治疗完毕后，根据需要在创面上外用保护剂，以预防感染。 (5术后应避免感染，可外用和（或）口服抗生素，治疗区应避免 搔抓，避免剧烈运动。美容激光或光子嫩肤术后应避免日晒。 (6患者术后如有意外情况，应尽早与医师联系并复诊。【激光器的分级】
激光器按其对人体的危害，可分为4级，这主要是参照美国辐射卫生局制定的标准。 I级激光器：在通常操作的情况下，这一级激光器对人体无辐射危害，因而可以免除控制措施，也不必使用警示标志。 Ⅱ级激光器：又称为低功率激光器。在使用时，只要仔细操作即可，一般不需要特别的安全防护措施，但是在机器的外罩上要使用警示标志。 Ⅲ级激光器：又称为中功率激光器，其中Ⅲ-A 类型对人体有低度危险性，Ⅲ-B 类型对人体有中度危险性。由于本级激光器对人体可造成直接的危害，因此必须采取防护措施，严禁直视激光束，同时尽可能减少激光反射。机器的外罩上应使用警示标志。 Ⅳ级激光器：此类激光器输出功率高，对人体具有高度危险性。因此必须采取严格的防护措施，并使用警示标志。同对激光器最好安放于单独的房间内，实行远距离操作。 【激光室的管理】 (1激光治疗室应定期清洁或消毒，手术器械也要定期消毒。 (2激光治疗室要有充分的照明、通风条件，尽量减少能形成漫反射的物质。 (3二氧化碳激光、铒激光等治疗时易产生烟尘，安放这些设备的 手术室要安装吸烟尘装置。 (4病史资料及各种物品应由专人负责管理。 【皮肤激光治疗的防护】 (1Ⅱ～Ⅳ级激光器应贴有警示标志。
氦氖激光器及电源的选购 外腔式氦氖激光器内腔式氦氖激光器氦氖激光器生产厂家 倍压整流电路激光电源变压器电路激光电源开关电路激光电源 激光器的横向模式激光器的纵模间隔氦氖激光器的型号命名 氦氖激光器 从原理上讲氦氖激光器主要由放电管(既充有工作物质氦气与氖气的玻璃管及电极)、输出镜及全反镜(既光学谐振腔)、电源(既激励装置)三部部分组成,但在实际中把它们做成激光器(放电管、输出镜及全反镜)与电源两部分。氦氖激光器按放电管与输出镜、全反镜连接方式的不同可分为外腔式氦氖激光器、内腔式氦氖激光器及半外腔式氦氖激光器（因使用很少故不作介绍）三种。氦氖激光电源从电路上分通常可分为倍压整流电路激光电源、变压器电路激光电源和开关电路激光电源三种。 当激光器工作时，输出镜及全反镜互相平行且与调直的放电管垂直，并保持不变时激光器输出功率最大且稳定，当输出镜及全反镜互相平行且与调直的放电管垂直的状态发生变化，激光器输出功率会产生波动，输出功率会下降，严重时不出光。 1、外腔式氦氖激光器 外腔式氦氖激光器的放电管与输出镜及全反镜非一体。放电管两端被磨成一特殊角度（布鲁斯特角）,用两块石英玻璃密封, 两块石英玻璃称为布氏窗。布氏窗(角）使输出激光成线偏振光。 放电管及输出镜、全反镜被安装于放电管的直度及输出镜与全反镜的平行度都可以调节的机壳内，机壳的上下盖有散热孔内。 输出镜、全反镜的平行度调节装是很重要的。输出镜、全反镜的调节螺丝可分为有粗细调（螺距大与小）与无粗细调两种结构,且有外置与内置之分。 无粗细调的输出镜、全反镜调节螺丝螺距通常是0.5mm，调节时调节螺丝稍动一点输出功率起伏就很大，且不可锁定。 有粗细调的输出镜、全反镜调节螺丝粗调螺距是0.75mm，主要是不出光时调光用，且可锁定不动，细调螺距是0.05mm，调节时调节螺丝转动输出功率起伏不会很大。 输出镜、全反镜的调节螺丝置于激光器外部，优点是调节方便，但在人多手杂的实验室，特别是对学生开放的实验及在搬动时不小心碰到调节螺丝、在运输中由于振动调节螺丝与包装箱相碰都容易造成输出镜、全反镜平行度偏差而不出光（特别对螺距是0.5mm 的、不可锁定的调节螺丝）。调节螺丝置于激光器内部，可避免这些事情产生，要调节输出镜、全反镜螺丝可通过调节孔可用螺丝刀调节（一般不用调节）。 外腔式氦氖激光器布氏窗与输出镜、全反镜之间的密封也是很重的，如密封性不好，会造成在使用过程中输出功率不断下降。由于静电作用，放电管极易吸灰，灰尘、潮气会污染布氏窗、输出镜、全反镜。布氏窗与输出镜、全反镜之间的密封，有用无弹性的圆筒状部件（如涤纶薄膜卷成的圆筒等）套在布氏窗与输出镜、全反镜之间的，有用乳胶指套套在布氏窗与输出镜、全反镜之间的，有用模具成型耐老化的硅胶套紧扣在布氏窗与输出镜、全反镜之间的。无弹性的圆成筒状部件密封差，而乳胶指套大半年就老化了，模具成型耐老化的硅胶密封最好。 外腔式氦氖激光器优点是单模输出激光功率大（放电管2米长的氦氖激光器单模输出功率近百毫瓦）、激光线偏震输出。缺点是结构复杂，成本高。价格高。 2、内腔式氦氖激光器
激光器的种类及性能参数总结 半导体激光器——用半导体材料作为工作物质的一类激光器 中文名称： 半导体激光器 英文名称： semiconductor laser 定义1： 用一定的半导体材料作为工作物质来产生激光的器件。 所属学科： 测绘学（一级学科）；测绘仪器（二级学科） 定义2： 以半导体材料为工作物质的激光器。 所属学科： 机械工程（一级学科）；光学仪器（二级学科）；激光器件和激光设备-激光器名称（三级学科） 定义3： 一种利用半导体材料PN结制造的激光器。 所属学科： 通信科技（一级学科）；光纤传输与接入（二级学科） 半导体激光器的常用参数可分为：波长、阈值电流Ith 、工作电流Iop 、垂直发散角θ⊥、水平发散角θ∥、监控电流Im 。 （1）波长：即激光管工作波长，目前可作光电开关用的激光管波长有635nm、650nm、670nm、激光二极管690nm、780nm、810nm、860nm、980nm等。 （2）阈值电流Ith ：即激光管开始产生激光振荡的电流，对一般小功率激光管而言，其值约在数十毫安，具有应变多量子阱结构的激光管阈值电流可低至10mA以下。 （3）工作电流Iop ：即激光管达到额定输出功率时的驱动电流，此值对于设计调试激光驱动电路较重要。 （4）垂直发散角θ⊥：激光二极管的发光带在垂直PN结方向张开的角度，一般在15?~40?左右。 （5）水平发散角θ∥：激光二极管的发光带在与PN结平行方向所张开的角度，一般在6?~ 10?左右。 （6）监控电流Im ：即激光管在额定输出功率时，在PIN管上流过的电流。 工业激光设备上用的半导体激光器一般为1064nm、532nm、808nm，功率从几瓦到几千瓦不等。一般在激光打标机上使用的是1064nm的，而532nm的则是绿激光。 准分子激光器——以准分子为工作物质的一类气体激光器件。 中文名称： 准分子激光器 英文名称： excimer laser 定义：
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
激光器介绍 WALC4020数控激光切割机 更快、更宽、更厚的钣金切割专家 1、产品简介 更高性能的激光切割系统: WALC4020选择了世界最先进的激光器、切割头。拥有最高质量的部件和最好的结构。如西门子的控制系统和直线驱动系统，STAR的直线导轨。 更先进的结构型式： A．横梁 WALC4020激光切割机采用横梁倒挂结构，此结构有如下优势： 1．与横梁悬臂式相比，横梁的运行速度更高，运行更平稳，可达200米/分。这是因为驱动力的作用点位于横梁的重心，不会产生附加力矩，驱动效率更高，运行更平稳。 2．与小龙门移动式相比，电气控制更简单，系统更可靠。操作更方便。 因此，WALC4020更适用于高速，高功率切割。 B．交换工作台： 采用垂直升降式交换工作台，此型式的交换方式与目前使用的斜升式相比有如下优点： A．提升能力更大，安装更方便。 B．与横梁倒挂结构配合，结构更合理。 C．在切割区内，工作台下的空间更大，以便布置排渣装置及抽风除尘装置。 C．驱动： WALC4020激光切割机的X、Y轴采用了西门子的控制系统和直线驱动系统，与传统电机+滚珠丝杠（齿条）相比，驱动力更大，加速度更高。加速度可达3G，速度最高可达200米/分。而且运行更平稳。 X，Y，Z轴的导轨采用STAR高品质直线导轨，精度更高，运行更平稳。 2、产品特性 WALC4020融合了激光最新技术的应用 一．控制 WALC4020的控制器是SIEMENS 840D。该控制器的界面已经进行了改进，以适合激光切割系统的应用。 二．穿透检测 在打孔时，穿透检测使用传感器来确定光束是不是已经穿透了板材，这样可以得到最高质量的穿透效果，节省时间。
几种常用激光器的概述 一、CO2激光器 1、背景 气体激光技术自61年问世以来，发展极为迅速，受到许多国家的极大重视。特别是近两年，以二氧化碳为主体工作物质的分子气体激光器的进展更为神速，已成为气体激光器中最有发展前途的器件。 二氧化碳分子气体激光器不仅工作波长(10.6微米)在大气“窗口”，而且它正向连续波大功率和高效率器件迈进。1961年，Pola-nyi指出了分子的受激振动能级之间获得粒子反转的可能性。在1964年1月美国贝尔电话实验室的C.K.N.Pate 研制出第一支二氧化碳分子气体激光器，输出功率仅为1毫瓦，其效率为0.01%。不到两年，现在该类器件的连续波输出功率高达1200瓦，其效率为17 %，电源激励脉冲输出功率为825瓦，采用Q开关技术已获得50千瓦的脉冲功率输出。最近，有人认为，进一步提高现有的工艺水平，近期可以达到几千瓦的连续波功率输出和30~40% 的效率。 2、工作原理 CO2激光器中，主要的工作物质由CO?，氮气，氦气三种气体组成。其中CO?是产生激光辐射的气体、氮气及氦气为辅助性气体。加入其中的氦，可以加速010能级热弛预过程，因此有利于激光能级100及020的抽空。氮气加入主要在CO?激光器中起能量传递作用，为CO?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。CO?分子激光跃迁能级图CO?激光器的激发条件：放电管中，通常输入几十mA或几百mA的直流电流。放电时，放电管中的混合气体内的氮分子由于受到电子的撞击而被激发起来。这时受到激发的氮分子便和CO?分子发生碰撞，N2分子把自己的能量传递给CO2分子，CO?分子从低能级跃迁到高能级上形成粒子数反转发出激光。 3、特点 二氧化碳分子气体激光器不但具有一般气体激光器的高度相干性和频率稳定性的特点,而且还具有另外三个独有的特点： （1）工作波长处于大气“窗口”，可用于多路远距离通讯和红外雷达。 （2）大功率和高效率( 目前，氩离子激光器最高连续波输出功率为100瓦，其效率为0.17 %，原子激光器的连续波输出功率一般为毫瓦极,其效率约为0.1%，而二氧化碳分子激光器连续波输出功率高达1200瓦,其效率为17%）。 （3）结构简单，使用一般工业气体，操作简单，价格低廉。由此可见,随着研究工作的进展、新技术的使用，输出功率和效率会不断提高,寿命也会不断增长,将会出现一系列新颖的应用。例如大气和宇宙通讯、相干探测和导航、超外
通信与信息工程学院激光器件与应用课程设计 班级：电子科学与技术 姓名： 学号：1207060221 指导教师： 设计时间：2016.1.4-2016.1.15 成绩： 评 通信与信息工程学院 二〇一六年
氦氖激光器电源设计 1实验目的 1)熟悉激光器的基本原理和组成； 2)掌握氦氖激光器工作原理； 3)掌握气体激光器对电源的要求； 4)学会气体激光器电源的设计和制作方法； 5)完成3mW氦氖激光器放电电源的制作与调试。 2实验仪器设备 He-Ne激光器、万用表、线路板、1N4007型二极管、0.022μF瓷片容器10uF电解电容、1MΩ电阻、44KΩ10W碳膜电阻。 3 氦氖激光器的工作原理 3.1 氦氖激光器的基本组成 1)放电管 放电管由放电毛细管和贮气管构成，其中毛细管处于增益介质工作区，是决定激光器输出性能的关键组成部分，之所以采用毛细管结构是由氖原子的能级结构决定的。贮气管与毛细管相连，且毛细管的一端有隔板，这是为了保证放电管的工作物质总量，使毛细管内的气体得到不断的更新，减缓了放电时毛细管内的杂质气体的增加和氦氖气压比的变化速率，延长了器件寿命。普通的氦氖激光器放电管一般用GG17硬质玻璃制成，而高稳定性器件常采用热胀洗漱更小的适应玻璃制成。 2)电极 电极有阳极和阴极，阴极多采用冷阴极方式，冷阴极材料多采用阴极溅射效应小，电子发射率高的铝和铝合金制成。为了进一步增加电子发射截面和降低溅射效应，阴极常制成圆筒状，并有尽可能大的尺寸；阳极一般用钨针制成。一般氦氖激光器多采用直流放电激励，处于正常辉光放电区域，属于高电压、低电流自持放电，起辉电压约为8kV/m，放电电流在几毫安到几百毫安范围内，作为增益区域的毛细管几乎整体处在正柱区中。 3)光学谐振腔
浅谈半导体激光器及其应用 摘要：近十几年来半导体激光器发展迅速,已成为世界上发展最快的一门激光技术。由于半导体激光器的一些特点，使得它目前在各个领域中应用非常广泛，受到世界各国的高度重视。本文简述了半导体激光器的概念及其工作原理和发展历史,介绍了半导体激光器的重要特征,列出了半导体激光器当前的各种应用,对半导体激光器的发展趋势进行了预测。 关键词：半导体激光器、激光媒质、载流子、单异质结、pn结。 自1962年世界上第一台半导体激光器发明问世以来,半导体激光器发生了巨大的变化,极大地推动了其他科学技术的发展,被认为是二十世纪人类最伟大的发明之一。近十几年来,半导体激光器的发展更为迅速,已成为世界上发展最快的一门激光技术。半导体激光器的应用范围覆盖了整个光电子学领域,已成为当今光电子科学的核心技术。由于半导体激光器的体积小、结构简单、输入能量低、寿命较长、易于调制以及价格较低廉等优点,使得它目前在光电子领域中应用非常广泛,已受到世界各国的高度重视。 一、半导体激光器 半导体激光器是以直接带隙半导体材料构成的Pn 结或Pin 结为工作物质的一种小型化激光器。半导体激光工作物质有几十种,目前已制成激光器的半导体材料有砷化镓、砷化铟、锑化铟、硫化镉、碲化镉、硒化铅、碲化铅、铝镓砷、铟磷砷等。半导体激光器的激励方式主要有三种,即电注入式、光泵式和高能电子束激励式。绝大多数半导体激光器的激励方式是电注入,即给Pn 结加正向电压,以使在结平面区域产生受激发射,也就是说是个正向偏置的二极管。因此半导体激光器又称为半导体激光二极管。对半导体来说,由于电子是在各能带之间进行跃迁,而不是在分立的能级之间跃迁,所以跃迁能量不是个确定值, 这使得半导体激光器的输出波长展布在一个很宽的范围上。它们所发出的波长在0.3～34μm之间。其波长范围决定于所用材料的能带间隙,最常见的是AlGaAs双异质结激光器,其输出波长为750～890nm。 半导体激光器制作技术经历了由扩散法到液相外延法(LPE), 气相外延法(VPE),分子束外延法(MBE),MOCVD 方法(金属有机化合物汽相淀积),化学束外延(CBE)以及它们的各种结合型等多种工艺。半导体激光器最大的缺点是:激光性能受温度影响大,光束的发散角较大(一般在几度到20度之间),所以在方向性、单色性和相干性等方面较差。但随着科学技术的迅速发展, 半导体激光器的研究正向纵深方向推进,半导体激光器的性能在不断地提高。以半导体激光器为核心的半导体光电子技术在21 世纪的信息社会中将取得更大的进展, 发挥更大的作用。 二、半导体激光器的工作原理 半导体激光器是一种相干辐射光源,要使它能产生激光,必须具备三个基本条件: 1、增益条件:建立起激射媒质(有源区)内载流子的反转分布,在半导体中代表电子能量的是由一系列接近于连续的能级所组成的能带,因此在半导体中要实现粒子数反转,必须在两个能带区域之间,处在高能态导带底的电子数比处在低能态价带顶的空穴数大很多,这靠给同质结或异质结加正向偏压,向有源层内注入必要的载流子来实现, 将电子从能量较低的价带激发到能量较高的导带中去。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。 2、要实际获得相干受激辐射,必须使受激辐射在光学谐振腔内得到多次反馈而形成激光振荡,激光器的谐振腔是由半导体晶体的自然解理面作为反射镜形成的,通常在不出光的那一端镀上高反多层介质膜,而出光面镀上减反膜。对F—p 腔(法布里—珀罗腔)半导体激光器可以很方便地利用晶体的与p-n结平面相垂直的自然解理面构成F-p腔。 3、为了形成稳定振荡,激光媒质必须能提供足够大的增益,以弥补谐振腔引起的光损耗及从腔
作者：非成败 作品编号：92032155GZ5702241547853215475102 时间：2020.12.13 几种常用激光器的概述 一、CO2激光器 1、背景 气体激光技术自61年问世以来，发展极为迅速，受到许多国家的极大重视。特别是近两年，以二氧化碳为主体工作物质的分子气体激光器的进展更为神速，已成为气体激光器中最有发展前途的器件。 二氧化碳分子气体激光器不仅工作波长(10.6微米)在大气“窗口”，而且它正向连续波大功率和高效率器件迈进。1961年，Pola-nyi指出了分子的受激振动能级之间获得粒子反转的可能性。在1964年1月美国贝尔电话实验室的C.K.N.Pate 研制出第一支二氧化碳分子气体激光器，输出功率仅为1毫瓦，其效率为0.01%。不到两年，现在该类器件的连续波输出功率高达1200瓦，其效率为17 %，电源激励脉冲输出功率为825瓦，采用Q开关技术已获得50千瓦的脉冲功率输出。最近，有人认为，进一步提高现有的工艺水平，近期可以达到几千瓦的连续波功率输出和30~40% 的效率。 2、工作原理 CO2激光器中，主要的工作物质由CO?，氮气，氦气三种气体组成。其中CO?是产生激光辐射的气体、氮气及氦气为辅助性气体。加入其中的氦，可以加速010能级热弛预过程，因此有利于激光能级100及020的抽空。氮气加入主要在CO?激光器中起能量传递作用，为CO?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。CO?分子激光跃迁能级图CO?激光器的激发条件：放电管中，通常输入几十mA或几百mA的直流电流。放电时，放电管中的混合气体内的氮分子由于受到电子的撞击而被激发起来。这时受到激发的氮分子便和CO?分子发生碰撞，N2分子把自己的能量传递给CO2分子，CO?分子从低能级跃迁到高能级上形成粒子数反转发出激光。 3、特点 二氧化碳分子气体激光器不但具有一般气体激光器的高度相干性和频率稳定性的特点,而且还具有另外三个独有的特点： （1）工作波长处于大气“窗口”，可用于多路远距离通讯和红外雷达。 （2）大功率和高效率( 目前，氩离子激光器最高连续波输出功率为100瓦，
模式分析 一．氦-氖(He-Ne)激光器简介 氦氖激光器（或He-Ne激光器）由光学谐振腔(输出镜与全反镜）、工作物质(密封在玻璃管里的氦气、氖气）、激励系统（激光电源）构成。二电极通过毛细管放电激励激光工作物质，在氖原子的一对能级间造成集居数反转，产生受激辐射。由于谐振腔的作用，使受激辐射在腔内来回反射，多次通过激活介质而不断加强。如果单程增益大于单程损耗，即满足激光振荡的阈值条件时，则有稳定的激光输出。内腔式激光器的腔镜封装在激光管两端。 二．氦-氖(He-Ne)激光器的工作原理 氦氖激光器的激光放电管内的气体在涌有一定高的电压及电流（在电场作用下气体放电），放电管中的电子就会由负极以高速向正极运动。在运动中与工作物质内的氦原子进行碰撞，电子的能量传给原子，促使原子的能量提高，基态原子跃迁到高能级的激发态。这时如有基态氖原子与两能级上的氦原子相碰，氦原子的能量传递给氖原子，并从基态跃迁到激发的能级状态，而氦原子回到了基态上。因为放电管上所加的电压，电流连续不断供给，原子不断地发生碰撞。这就产生了激光必须具备的基本条件。在发生受激辐射时，分别发出波长3.39μm，632.8nm，1.53μm三种激光，而这三种激光中除632.8nm为可见光中的红外光外，另二种是红外区的辐射光。因反射镜的反射率不同，只输出一种较长的光波632.8nm的激光。 三．He-Ne激光器结构及谐振腔 He－Ne激光器的结构形式很多，但都是由激光管和激光电源组成。激光管由放电管、电极和光学谐振腔组成。放电管是氦一氖激光器的心脏，它是产生激光的地方。放电管通常由毛细管和贮气室构成。放电管中充入一定比例的氦（He）、氖（Ne）气体，当电极加上高电压后，毛细管中的气体开始放电使氖原子受激，产生粒子数反转。贮气室与毛细管相连，这里不发生气体放电，它的作用是补偿因慢漏气及管内元件放气或吸附气体造成He,Ne气体比例及总气压发生的变化，延长器件的寿命。放电管一般是用GG17玻璃制成。输出功率和波长要求稳定性好的器件可用热胀系数小的石英玻璃制作。He－Ne激光管的阳极一般用钨棒制成，阴极多用电子发射率高和溅射率小的铝及其合金制成。为了增加电子发射面积和减小阴极溅射，一般都把阴极做成圆筒状，然后用钨棒引到管外。He－Ne激光器由于增益低，谐振腔一般用平凹腔，平面镜为输出端，透过率约1%～2％，凹面镜为全反射镜。He－Ne激光管的结构形式是多种多样的，按谐振腔与放电管的放置方式不同可分内腔式、外腔式和半内腔式。 四．氦-氖(He-Ne)激光器的速率方程
脉冲半导体激光器驱动电源的设计 作者：张琳， 马家驹， 胡文华， ZHANG Lin， MA Jia-ju， HU Wen-hua 作者单位：张琳,ZHANG Lin(华北科技学院,北京,101601)， 马家驹,胡文华,MA Jia-ju,HU Wen-hua(北京航空制造工程研究所,北京,100024) 刊名： 激光杂志 英文刊名：LASER JOURNAL 年，卷(期)：2009，30(4) 被引用次数：0次 参考文献(3条) 1.Walterr Koechner Solid-state Laser Engineering 2006 2.范贤光.孙和义.唐文彦基于FPGA技术的半导体激光器脉冲驱动电源的设计[期刊论文]-激光杂志 2007(02) 3.房晓俊激光二级管泵浦的小型固体激光技术的研究 1997 相似文献(2条) 1.期刊论文张寿棋.楼祺洪.周军.董景星.ZHANG Shou-qi.LOU Qi-hong.ZHOU Jun.DONG Jing-xing连续可调纳秒 脉冲LD驱动电源的研制-激光技术2008,32(4) 为了满足单模尾纤输出脉冲半导体激光器及其后级光放大的要求,研制了一种重频、脉宽及峰值电流均连续可调的纳秒脉冲驱动电源.该电源使用功率场效应管作为开关,通过分析其驱动特性,采用合适的栅极驱动电路,从而缩短了脉冲宽度,增加了带负载能力;同时电源中的保护电路采用自断电等保护措施,能有效保证LD的安全工作.实验结果表明,该驱动电源工作稳定,能满足单模尾纤输出脉冲LD重频、脉宽、峰值可调的要求. 2.学位论文陆晓元纳秒脉冲半导体激光器驱动电源研究2008 本文阐述纳秒脉冲半导体激光器驱动电源的研制,对元件选择电路、有源脉冲变压器、纳秒脉冲产生电路的设计进行了详细介绍。 采用了基于Marx Bank形式的纳秒脉冲生成电路来产生纳秒脉冲,其特征是采用有源脉冲变压器连接纳秒脉冲源和高速纳秒脉冲形成电路；采用有源脉冲变压器作为触发脉冲和纳秒脉冲电路的隔离电路,提高了触发脉冲电路元件寿命,保护了触发脉冲电路,纳秒脉冲产生电路的工作电压降低了20V左右；纳秒脉冲产生电路采用表面贴装元件,与插针式元件电路相比,纳秒脉冲宽带(FWHM)小于2ns、上升时间小于1ns,最高重复频率为100KHz左右。 通过对设计的纳秒脉冲半导体激光器驱动电源的输出特性进行了测量、分析,发现在一定的范围内改变高速脉冲形成电路的供电电压,输出信号的上升速度和供电电压大致呈现线性关系,脉冲的幅度值也和供电电压呈现线性关系,但是供电电压的变化和脉冲宽度并没有呈现出大致的线性关系,得出在一定范围内,通过改变电压改变了输出脉冲的幅度,以及上升速度的结论。 研究成果可用于窄脉冲LD驱动、超宽带雷达、民用测距、军事用途的隐形目标探测等领域,对国防和民用有重要价值。 本文链接：https://www.doczj.com/doc/961803924.html,/Periodical_jgzz200904009.aspx 授权使用：北京信息科技大学(bjxxkjdx)，授权号：e2281f4c-ae54-421a-976c-9e3c00882328 下载时间：2010年11月28日
通信与信息工程学院 激光器件与应用课程设计 通信与信息工程学院 二0—六年
氦氖激光器电源设计 1实验目的 1）熟悉激光器的基本原理和组成； 2）掌握氦氖激光器工作原理； 3）掌握气体激光器对电源的要求； 4）学会气体激光器电源的设计和制作方法； 5）完成3mV氦氖激光器放电电源的制作与调试。 2实验仪器设备 He-Ne激光器、万用表、线路板、1N4007型二极管、0.022尸瓷片容器 10uF电解电容、1M Q电阻、44K Q 10W碳膜电阻。 3氦氖激光器的工作原理 3.1氦氖激光器的基本组成 1）放电管 放电管由放电毛细管和贮气管构成，其中毛细管处于增益介质工作区，是决定激光器输出性能的关键组成部分，之所以采用毛细管结构是由氖原子的能级结构决定的。贮气管与毛细管相连，且毛细管的一端有隔板，这是为了保证放电管的工作物质总量，使毛细管内的气体得到不断的更新，减缓了放电时毛细管内 的杂质气体的增加和氦氖气压比的变化速率，延长了器件寿命。普通的氦氖激光器放电管一般用GG17硬质玻璃制成，而高稳定性器件常采用热胀洗漱更小的适应玻璃制成。 2）电极 电极有阳极和阴极，阴极多采用冷阴极方式，冷阴极材料多采用阴极溅射效应小，电子发射率高的铝和铝合金制成。为了进一步增加电子发射截面和降低溅射效应，阴极常制成圆筒状，并有尽可能大的尺寸；阳极一般用钨针制成。一般氦氖激光器多采用直流放电激励，处于正常辉光放电区域，属于高电压、低电流自持放电，起辉电压约为 8kV/m,放电电流在几毫安到几百毫安范围内，作为增益区域的毛细管几乎整体处在正柱区中。 3）光学谐振腔 光学谐振腔有一对镀有多层高反射率介质膜的反射镜组成，一般采用平凹腔形式，
●更宽的频率调节范围（1.6kHz～1000kHz）； ●更高的峰值功率； ●可广泛应用于塑胶按键及阳极铝打黑等项目上。 ●更快的开关光速度，打标速度更快。 在安装打标软件时，注意选择选择“YLPM型激光器”， 在控制界面，YLP-M比YLP-F多了一个打标参数：激光模式。共有8种激光模式可选。可直接把所需的模式填入。 8种模式都有标称频率，即RR值，如果设定的频率低于该值时，激光器会自动降低输出功率，以保护激光器。 其中，T1模式配160镜头可在阳极铝上打黑，其效果类似皮秒激光器； T2模式配254镜头也可在阳极铝上打黑，效果可与SPI激光器的3号波形的
效果媲美； 而打标参数与SPI 激光器3号波形下的参数大致相同。 另，T2模式可用在含激光粉的PC，ABS材料上打白。 6.1ns T2模式，RR=200kHz，上升时间：3.8ns，50%时的脉冲宽度：8.4ns，10%时的脉冲宽度： 15.4ns T3模式, RR=125kHz，上升时间：3.8ns，50%时的脉冲宽度：14.4ns，10%时的脉冲宽度：21.1n s T4模式, RR=105kHz，上升时间：3.8ns，50%时的脉冲宽度：14.9ns，10%时的脉冲宽度：26.3ns T5模式, RR=85kHz，上升时间：4.0ns，50%时的脉冲宽度：14.6ns，10%时的脉冲宽度：31.5ns
T6模式, RR=60kHz，上升时间：3.2ns，50%时的脉冲宽度：14.8ns，10%时的脉冲宽度：53.6ns T7模式, RR=40kHz，上升时间：3.3ns，50%时的脉冲宽度：24.5ns，10%时的脉冲宽度：100.3ns
激光器的原理及分类 一、基础原理 量子理论认为，所有物质都是由各种微观”粒子”组成,如分子,原子,质子,中子,电子等。在微观世界里,各种粒子都有其固有的能级结构。当一个粒子从高能级掉到低能级时，根据能量守恒定律，它要把两个能级相差部分的能量释放出来，通常这个能量以光和热两种形式释放出来。 二、自发辐射、受激辐射 1、自发辐射 普通常见光源的发光（如电灯、火焰、太阳等地发光）是由于物质在受到外来能量（如光能、电能、热能等）作用时，原子中的电子就会吸收外来能量而从低能级跃迁到高能级，即原子被激发。激发的过程是一个“受激吸收”过程。但是处在高能级（E2)的电子寿命很短（一般为10－8～10－9秒），在没有外界作用下会自发地向低能级（E1）跃迁，跃迁时将产生光（电磁波）辐射。辐射光子能量=E2-E1。过程各自独立、互补关联，所有辐射的光在发射方向上是无规律的
射向四面八方，并且频率不同、偏振状态和相位不同。 2、受激辐射 在原子中也存在这样一些特定高能级，一旦电子被激发到这个高能级之上，却由于不满足跃迁的条件，发生跃迁的几率很低，电子能够在高能级上的时间很长，就所谓的亚稳定状态。但在能在外界光场的照射下发生往下跃迁，并且向下跃迁时释放出一个与射入光场相同的光子，在同一个方向、有同一个波长。这就是受激辐射，激光正是利用这一原理激发出来。 二、粒子数反转 通过受激辐射出来的光子，不仅可以引起其他粒子受激辐射，也可以引起受激吸收。只有在处于高能级的原子数量大于处于低能级原子数时，所产生的受激辐射才能大于受激吸收。但是在自然条件下，原子都是都处于稳定的基态，只能通过技术手段将大量的原子都调整到高能级的状态，才能有多余的辐射向外产生。这个技术叫粒子数反转。