激光器简介介绍

激光器的分类介绍

实际应用的激光器种类很多，如以组成激光器的工作物质来说可分为气体激光器、液体激光器、固定激光器、半导体激光器、化学激光器等。在同一类型的激光器中又包括有许多不同材料的激光器。如固体激光器中有红宝石激光器、钇铝石榴石（Nd：YAG）激光器。气体型的激光器主要有He-Ne（氦－氖）、CO2及氩离子激光器等。由于工作物质不同，产生不同波长的光波不同，因而应用范围也不相同。最常用而范围广的有CO2laser及Nd：YAG激光。有的激光器可连续工作，如He-Ne laser；有的以脉冲形式发光工作。如红宝石激光。而另一些激光器既可连续工作，又可以脉冲工作的有CO2laser及Nd：YAG laser。

（一）固体激光器

实现激光的核心主要是激光器中可以实现粒子数反转的激光工作物质（即含有亚稳态能级的工作物质）。如工作物质为晶体状的或者玻璃的激光器，分别称为晶体激光器和玻璃激光器，通常把这两类激光器统称为固体激光器。

在激光器中以固体激光器发展最早，这种激光器体积小，输出功率大，应用方便。由于工作物质很复杂，造价高。当今用于固体激光器的物质主要有三种：掺钕铝石榴石（Nd：YAG）工作物质，输出的波长为1.06μm呈白蓝色光；钕玻璃工作物质，输出波长1.06μm呈紫蓝色光；红宝石工作物质，输出波长为694.3nm，为红色光。主要用光泵的作用，产生光放大，发出激光，即光激励工作物质。

固定激光器的结构由三个主要部分组成：工作物质，光学谐振腔、激励源。聚光腔是使光源发出的光都会聚于工作物质上。工作物质吸收足够大的光能，激发大量的粒子，促成粒子数反转。当增益大于谐振腔内的损耗时产生腔内振荡并由部分反射镜一端输出一束激光。工作物质有2条主要作用：一是产生光；二是作为介质传播光束。因此，不管哪一种激光器，对其发光性质及光学性质都有一定要求。

（二）气体激光器

工作物质主要以气体状态进行发射的激光器在常温常压下是气体，有的物质在通常条件下是液体（如非金属粒子的有水、汞），及固体（如金属离子结构的铜，镉等粒子），经过加热使其变为蒸气，利用这类蒸气作为工作物质的激光器，统归气体激光器之中。气体激光器中除了发出激光的工作气体外，为了延长器件的工作寿命及提高输出功率，还加入一定量的辅助气体与发光的工作气体相混合。

镨离子激光器的特性简介

实验学院 0636142班 王维

一、镨离子的能级结构

镨离子的能级结构如下图：

可以看出，镨离子的能级结构比较复杂，能够产生激光输出的跃迁很多，输出谱线非常丰富。从文献中了解到，能够产生的波长有：

(1)在可见光及近红外波段包括：

492nm的蓝光；3P0-3H4

522nm的绿光；3P1-3H5

545nm的绿光；3P0-3H5

607.2nm的橙黄光；3P0-3H6

639.5nm的红光；3P0-3F2

697nm的暗红色光；3P0-3F3

720.9nm的暗红色光；3P0-3F4

907.4nm的红外光；3P0-3G4

(2)在中红外波段，可以产生5.2μm和7.2μm才两种波长的光。 可以看出，镨离子激光的上能级基本上都是3P0，这个能级的寿命约为40μs，而产生红外光的上能级为3F3，寿命能达到300μs。

在查到的文献中，镨离子激光器比较有应用前景的是492nm的蓝光，这种激光可以用于水下通信，美国海军部以及德国汉堡大学在这方面做了很多工作，但是很遗憾国内几乎没有从事这方面研究的。另一种就是7.2μm的红外光，这是迄今为止发现的波长最长的稀土离子激光输出。它将稀土离子激光的光谱范围扩展到了3μm以上。后面我也将详细介绍这两种激光器。

二、镨离子的吸收谱线

下面的三张图分别表示了镨离子在蓝色、红色和红外波段的吸收谱。

三、镨离子蓝绿光激光器

3.1 工作基质

一般的镨离子蓝绿激光器采用YLF(YLiF 4 )晶体作为基质。镨离子的典型掺杂量为0.3%。晶体的最佳长度为8mm，如果更长的话容易引起红黄色光一起产生震荡。晶体的两端要求磨光，不需要镀膜。

也有采用掺镨的光纤作为基质的，纤芯直径为2.4微米，掺杂量为500ppm。数值孔径约为0.24。

3.2 输出波长及特性

蓝绿光的输出波长中心在492nm，有的课题组也得到了479nm的激光输出。工作方式一般为连续运转。也可以通过调Q的方法得到脉冲输出，但比较困难。主要是由于该激光是三能级结构，其泵浦阈值很高，限制了其应用。

全光纤激光器发展状况简介

摘要：本文介绍了大功率全光纤结构光纤激光器的结构、特点和优势，论述了全光纤激光器研制的关键技术，给出了研究结果，讨论了光纤激光器产业化发展的方向，并对我国光纤激光器产业化发展进行了展望。

关键词：全光纤激光器，包层泵浦耦合，光纤光栅，长寿命，大功率，产业化

1 引言

新世纪开始后，大功率光纤激光器的飞速发展令人振奋，不但谱写了激光技术发展的新篇章，为激光产业的发展注入了新的活力，而且将开辟激光应用的新时代。

在世界范围内，光纤激光器的技术方案已经表现出全光纤结构的明显趋向，这种光路全部由光纤和光纤元件构成的全光纤激光器，从激光的产生到激光的传输，全部在柔软的光纤中进行，从而表现出了众多显著的优越性。

北京光电技术研究所研制的30W单模连续全光纤激光器代表了我国目前全光纤激光器的最好水平，该全光纤激光器的研制成功，标志着我国光纤激光器产业化技术的一次重大突破。

全光纤激光器是光纤激光器实用化和产业化的最佳途径，也是目前唯一进入商业化和产业化的技术方案。发展全光纤激光器涉及双包层光纤、包层泵浦耦合、光纤光栅、大功率多模泵浦半导体激光器和光纤激光器整机5大关键技术，这5大关键技术中有4大关键技术与光纤技术密切相关。

2 全光纤激光器的结构、特点和优势

2.1全光纤激光器的典型光路结构和光纤功率合成技术

图1A是一种典型的单端泵浦连续单模大功率全光纤激光器的光路示意图。单端泵浦结构简单，但有源区增益呈指数衰减，分布极不均匀，适合功率不是非常高的情况。

图1B为典型的双向泵浦连续单模大功率全光纤激光器的示意图。双向泵浦结构相对复杂，但有源区增益分布均匀性得到改善，可实现更高功率输出。

目前全光纤激光器单模连续输出功率已经达到2000W。

图2为采用光纤功率合成技术制作多模光纤激光器的光路示意图，采用这种技术，可将多个单模连续光纤激光器的输出功率合成起来，获得数万瓦或更高的光功率输出并且光束质量良好。

YAG激光器切割机的介绍

一 光学系统的介绍

光学系统包括YAG激光器、全反镜、半反镜、扩束镜组、聚焦切割头组件。

激光有能量密度，实际的切割效果决定于作用在工件表面的激光能量密度。为了能够很好地进行激光切割，必须进一步提高激光的能量密度。这有两种方法：一种是提高激光器的激光输出功率，一种是将激光器发出的激光束进一步变细或激光束模式调整，这需要一套光学的系统如下

聚焦切割头组件 扩束镜 半反镜 YAG激光器 全反镜 激光准直

二 切割工艺介绍

激光切割工艺由激光器输出波长为1064nm的激光束经扩束通过聚焦透镜组聚焦在加工物体的表面上，形成一个个细微的、高能量密度的光斑作用在物体表面，经高能量光点熔融、蒸发金属材料，并通过高压保护气体（N2）挤压带走溶渣或助燃气体（O2）助燃使作用点瞬间熔融能量加强，提高激光加工能力 激光切割工艺分类：

1. 汽化切割

2. 无氧熔化切割

3. 氧助熔化切割

4. 控制断裂切割

1. 汽化切割：

当聚焦到材料表面的激光功率密度非常高时，与热传导相比，材料表面的温度上升极快，直接达到汽化温度，而没有熔化产生

如飞秒激光切割任何材料都属于汽化切割，或连续激光切割一些低汽化温度的材料如木材，碳素及某些塑料

2.无氧熔化切割

当激光切割材料时，若所吹辅助气体为惰性气体，熔化的材料将不会与空气中的氧气接触，也就不会产生化学反应。故称为无氧熔化切割。因此在同等条件下，无氧熔化切割所需的激光能量将比氧助熔化切割的高。

3.氧助熔化切割

当激光切割金属材料时，若所吹辅助气体为氧气或含氧的混合气体，被激光加热的金属材料产生氧化放热反应，这样在激光能量外就产生了另一个热源－－金属化学反应产生的热能，并且两个热能共同完成材料的熔化及切割，称之为氧助熔化切割。