第2章 固体激光材料及典型固体激光器_01

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。

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。

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；；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。

固体激光器：固体激光材料与器件固体激光器是一种利用固体激光材料产生激光束的装置，它在科学研究、医疗、通信等领域具有广泛的应用。

本文将重点探讨固体激光材料和器件的特性与应用。

一、固体激光材料固体激光材料是指能够通过外界的能量激发而产生激光辐射的固体物质。

常见的固体激光材料包括掺铬宝石（Cr3+:Al2O3）、掺铥宝石（Tm3+:YAG）、掺铒玻璃（Er3+:Glass）等。

这些材料具有宽阈值特性、较高的效率和良好的光学性能。

掺铬宝石是最早用于激光器的固体材料之一。

它具有较宽的发射带宽，可通过调节掺杂浓度、温度等参数来改变激光波长。

掺铥宝石可以产生中红外激光，并且适用于医疗和卫星通信等领域。

掺铒玻璃是一种用于光纤激光器的重要材料，它具有较宽的增益谱段和高的光学质量。

二、固体激光器器件1. 激光泵浦源激光泵浦源用于提供合适的能量给固体激光材料，以激发其处于激发态的粒子。

常见的激光泵浦源包括氘灯、闪光灯和半导体激光器等。

氘灯是最早使用的激光泵浦源之一。

它具有较宽的光谱范围，可以激发多种固体激光材料。

闪光灯是一种高亮度、高频率的光源，适用于高能量密度的激光泵浦。

半导体激光器则具有小体积、高效率和长寿命等特点，目前被广泛应用于固体激光器中。

2. 激光谐振腔激光谐振腔用于增强激光材料的辐射能量，并使其沿着一定方向传播。

它通常由凹透镜、反射镜和输出镜等光学元件组成。

凹透镜具有放大激光束的作用，它在谐振腔中起到放大器的作用。

反射镜和输出镜则分别用于产生光路的反射和输出。

通过合理设计激光谐振腔的结构和参数，可以获得高效、稳定的激光输出。

三、固体激光器的应用1. 科学研究固体激光器在科学研究领域具有广泛的应用。

例如，固体激光器可以用于精确测量、光谱分析和激光诱导击穿等实验。

激光诱导击穿技术可以实现高精度的光纤传感和工业检测等应用。

2. 医疗固体激光器在医疗领域有重要的应用价值。

它可以用于眼科激光手术、牙科激光治疗和皮肤美容等。

固态激光器的研究与应用第一章：固态激光器的基本原理固态激光器作为一种特殊的激光器，其基本构成主要由激光介质、泵浦光源和光学腔体三部分组成。

它的工作原理是通过泵浦光源对激光介质进行能量激发，使得激光介质中的原子或分子处于高能级态并且形成放射性共振，通过光学腔体增强过程，产生一束高强度、高单色性和高准直度的激光输出。

第二章：固态激光器的分类根据激光介质的不同，固态激光器可分为晶体激光器、玻璃激光器和陶瓷激光器等。

晶体激光器是指以晶体材料为激光介质的激光器，晶体激光器的激光特性和光学特性优异，已被广泛应用于科学研究领域；玻璃激光器是一种以放射性物质玻璃为激光介质的激光器，由于其材料价格便宜且成型方便，广泛应用于工业制造领域；陶瓷激光器又称为固体微晶激光器，以陶瓷材料为激光介质，具有优异的激光特性和光学特性，可应用于激光测量、激光雷达等方面。

第三章：固态激光器的应用固态激光器作为一种重要的激光器，具有广泛的应用领域，主要包括科研领域、医疗领域、材料加工领域、激光通信领域和国防军工等领域。

1. 科研领域固态激光器在科研领域中应用广泛。

科研人员利用固态激光器进行物质结构的分析、分子荧光、光谱分析、非线性光学和实验物理等领域的研究。

2. 医疗领域固态激光器在医疗领域中被广泛应用于手术切割及术后修复。

它具有高精度、无接触、消毒安全等特点，广泛应用于眼科、牙科等领域，为手术治疗带来巨大的进步。

3. 材料加工领域固态激光器在材料加工领域中应用广泛。

激光器可以将高能量的光束直接照射在被加工的材料上，通过局部加热使其达到熔化或挥发的温度，从而实现切割、打孔、焊接、雕刻、表面处理等等。

目前，固态激光器已被广泛应用于汽车零部件加工、航空航天、电子产品等领域。

4. 激光通信领域固态激光器在光通信领域中应用十分广泛，在高速传输、信号放大及其他领域都有重要应用。

来自固态激光器的光信号，具有高单色度、低噪音、高功率等特点，可实现更快速的数据传输和更好的信息传递质量。