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激光器件
阅读:4513时间:2010-10-16 16:11:28

  激光器件是各种能够产生激光的器件总称。近数十年来,激光技术及其应用得到了迅速的普及和发展,新型激光器件不断被开发出来,得到了多方面的应用。

分类

  激光器件可以分为三个大类:

  气体激光器:如氦氖激光器、氩离子激光器、二氧化碳激光器等。

  固体激光器

  其他激光器:如染料激光器、准分子激光器、化学激光器等。

原理

  各种激光器件的基本工作原理均相同,产生激光的必不可少的条件是粒子数反转和增益大过损耗,所以装置中必不可少的组成部分有激励(或抽运)源、具有亚稳态能级的工作介质两个部分。激励是工作介质吸收外来能量后激发到激发态,为实现并维持粒子数反转创造条件。激励方式有光学激励、电激励、化学激励和核能激励等。工作介质具有亚稳能级是使受激辐射占主导地位,从而实现光放大。激光器件中常见的组成部分还有谐振腔,但谐振腔( 见光学谐振腔)并非必不可少的组成部分,谐振腔可使腔内的光子有一致的频率、相位和运行方向,从而使激光具有良好的方向性和相干性。而且,它可以很好地缩短工作物质的长度,还能通过改变谐振腔长度来调节所产生激光的模式(即选模),所以一般激光器件都具有谐振腔。

影响激光输出的因素

    1、高增益带来的高阶离轴模振荡

  2、固体工作物质杂质,应力,激活离子分布不均等缺陷引起的散射和折射

  3、光泵浦不均匀导致反转粒子数不均匀,引起折射率不均匀

  4、热透镜的会聚作用使发散角增大

  5、谐振腔的调整精度

主要用途

  由于激光器件具备的种种突出特点,因而被很快运用于工业、农业、精密测量和探测、通讯与信息处理、医疗、军事等各方面,并在许多领域引起了革命性的突破。比如,人们利用激光集中而极高的能量,可以对各种材料进行加工,能够做到在一个针头上钻200个孔;激光作为一种在生物机体上引起刺激、变异、烧灼、汽化等效应的手段,已在医疗、农业的实际应用上取得了良好效果;在通信领域,一条用激光柱传送信号的光导电缆,可以携带相当于2万根电话铜线所携带的信息量;激光在军事上除用于通信、夜视、预警、测距等方面外,多种激光武器和激光制导武器也已经投入实用。

  今后,随着人类对激光技术的进一步研究和发展,激光器件的性能将进一步提升,成本将进一步降低,但是它的应用范围却还将继续扩大,并将发挥出越来越巨大的作用。

特点

  运行方式多样:CW,PW,QCW,调Q,锁模,高平均功率,高重复率,高单脉冲能量及高峰值功率。

  谱线多,达数千条,分布于可见到近红外区,通过频率变换技术可到紫外区

  系统简单,制造容易,传输灵活,可接光纤

  结构紧凑,牢固耐用,价格适宜

其他探索

  染料激光器的激励源是光泵,可以用脉冲氙灯,也可以用氮分子激光器发出的激光。用一种颜色的激光作光泵,结果能产生其他颜色的激光可以说是染料激光器的特点之一。

  这种根据需要可以随时改变产生激光的波长的激光器,主要用于光谱学研究;许多物质会有选择地吸收某些波长的光,产生共振现象。科学家用这些现象分析物质,了解材料结构;还用这些激光器来产生新的激光,研究一些奇异的光学和光谱学现象。

起源与发展

     光纤通信所需的光源,应该是可高速调制的光源,以便载送大容量信息。如激光器和发光管。所谓“调制”就是按照所要传输的信息来改变光的强度等,以承载信息。 1960年迈曼(Maimen)发明红宝石激光器。激光(Laser)与通常的光线的不同之处主要在于激光的光频非常单纯,具有线状谱线,光学中称为相干光,最适合做光纤通信的光源。而通常的光线的光频十分杂乱,它包含许多波长。而通常的光线的光频十分杂乱,它包含许多波长。相干光的特点是光能集中,是发散角很小,近似平行光。在红宝石激光器发明后,各色各样的激光器相继诞生: 有气体激光器,如氦氖激光器;有固体激光器,如YAG铱铝石榴石激光器;有化学激光器;染料激光器等。其中半导体激光器最适合作光纤通信的光源,它的体积小,效率高,它的波长同光纤的低损失窗口相适合。但半导体激光器的制造工艺十分复杂,需要在极高纯度无缺陷的衬底材料上外延生长5层掺杂的半导体,再在上面光刻微米尺寸的光波导,其难度与光纤相比,有过之而无不及。于70年代末,室温连续工作长寿命的半导体激光器终于制成。1976年,在美国亚特兰大至华盛顿建立了世界上第一个实用化的光纤通信线路。此时半导体激光器尚未过关,光源是采用半导体发光管。在80年代初,单模光纤和激光器已经成熟,从此光纤通信大容量的优越性逐步得到发挥。
     半导体激光器发出的光,谱线很纯,能量集中,光束很细,能高效率地射人芯直径仅8微米的单模光纤中。当今的高速光纤通信系统部采用半导体激光器做光源。

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