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激光理论导论,分类与应用

浏览数量: 7     作者: 本站编辑     发布时间: 2019-09-18      来源: 本站

激光-发射激光的设备。

1954年制造了第一台微波量子放大器,微波束高度相干。

1958年,A.L。scholl和C.H. tuns将微波量子放大器的原理应用于光频率范围。 1960年,T.H。迈曼等。制造了第一台红宝石激光器。

1961年贾文等做了氦氖激光器。

1962年,R.N。霍尔等制造了砷化镓半导体激光器。

将来,将会有越来越多的激光器。

根据工作介质,激光可分为四类:气体激光,固体激光,半导体激光和染料激光。

最近,已经开发了自由电子激光器。高功率激光器通常是脉冲式的。

一,原则:

除自由电子激光器外,所有激光器均具有相同的基本工作原理。产生激光的基本条件是粒子数反转和增益损失。因此,该设备必不可少的组件包括两个部分:激发(或泵送)源和具有亚稳态能级的工作介质。

激发是在吸收外来能量到激发态后,达到和维持粒子数反转条件的工作介质的激发。

有光,电,化学和核激励措施。

工作介质的亚稳态能级使受激辐射占主导地位,从而实现了光放大。

激光器的常见组件包括谐振腔,但是该谐振腔(请参见光学腔)不是必不可少的组件。腔使腔中的光子具有一致的频率,相位和工作方向,从而使激光具有良好的方向性和相干性。

而且,它可以缩短工作材料的长度,并通过改变腔的长度来调节所产生的激光的模式(即模式选择)。因此,大多数激光器具有谐振腔。

激光工作物质

该术语是指用于通过激发辐射放大来实现粒子数反转和产生光的物质系统,有时也称为激光增益介质,它们可以是固体(晶体,玻璃),气体(原子气体,离子气体,分子气体),半导体和液体介质。

激光加工材料的主要要求是在工作粒子的比能级之间实现很大程度的粒子数反转,并在整个激光发射过程中保持反转尽可能有效。

因此,要求工作物质具有适当的能级结构和跃迁特性。

3.励磁泵系统

指为激光工作物质提供能量以实现和维持粒子数反转的机制或装置。

根据激光器的工作物质和工作条件,可以采用不同的激励方法和装置。

光学驱动(光泵)。

整个激励装置通常由气体放电光源(例如氙气灯,k气灯)和聚光器组成。这种激励方法也称为灯泵。

,气体放电激发。

整个激励装置通常由放电电极和放电电源组成。

化学。

通过使用在工作物质中发生的化学反应过程来实现粒子数的反转,这通常需要适当的化学反应物和相应的引发措施。

核能。

裂变碎片,高能粒子或由小的核裂变反应产生的辐射被用来激发工作材料并实现粒子数反转。

光学腔

它通常由两个具有一定几何和光学特性的镜子组成。

效果是提供光反馈,以使激发的辐射光子在腔中来回传播多次,以形成相干的连续振荡。

腔中振荡光束的方向和频率受到限制,以确保输出激光是定向的和单色的。

空腔效应取决于几何形状(反射表面的曲率半径)以及通常构成空腔的两个反射镜的相对组合。

力由给定腔类型中不同移动方向和光频率的选择性损耗特性决定。

有很多类型的激光器。

在下面的部分中,将介绍激光工作物质的分类,激发模式,工作模式和输出波长范围。

工作物质

根据工作物质的不同物理状态,所有激光器可以分为以下几类:剩余的固体激光器(晶体和玻璃)。

气体激光是气体,根据气体中实际产生受激发射的工作粒子的不同性质,可以将其进一步分为原子气体激光,离子气体激光,分子气体激光和准分子气体激光。

这种激光器采用的工作物质包括有机荧光染料溶液和含有稀土金属离子的无机化合物溶液,其中金属离子(例如Nd)充当工作颗粒,而无机化合物液体(例如SeOCl2)充当基质。

(4)半导体激光器,该激光器是一种半导体材料,作为工作物质,是通过受激发射的辐射产生的,其原理是通过一定的激励作用(电注入泵,光或高能电子束注入),在带隙之间半导体材料或在能带和杂质能级之间,通过刺激载流子和总体反转​​的平衡,光的作用是受激辐射产生的;

(5)自由电子激光器,这是一种新型的特殊类型的激光器,工作材料用于磁场方向的自由电子束中高速运动空间的周期性变化,只要自由电子束的变化速度可以产生可调谐的相干电磁辐射,原则上,相干辐射光谱可以从X射线波长转换为微波区域,因此具有非常诱人的前景。

六激励措施

光泵激光器。

指的是被光泵浦的激光器,包括几乎所有的固态和液态激光器,以及一些气体和半导体激光器。

电激发激光。

大多数气体激光器通过气体放电(直流放电,交流放电,脉冲放电,电子束注入)而激发,而大多数普通的半导体激光器则通过结电流注入来激发。某些半导体激光器也可以通过高能电子束注入来激发。

化学激光器。

这是一种激光器,利用化学反应释放的能量来激发工作材料。化学反应可以分别由光,放电或化学触发。

是核泵浦激光器。

一种特殊的激光器,例如核泵浦氦氩激光器,它利用微小的核裂变反应释放的能量来激发工作材料。

七操作模式

由于工作材料,激发方式和应用目的不同,激光器的工作方式和工作状态也不同,可以分为以下几种主要类型。

连续激光的特征在于工作物质的激发和相应的激光输出,可以在很长的时间范围内连续进行。由连续光源激发的固体激光器和由连续电激发操作的气体激光器和半导体激光器是这种类型的。

由于设备在连续运行中不可避免地会产生过热效应,因此大多数设备都需要采取适当的冷却措施。

(2)单脉冲激光器,对于这种类型的激光器,物质激励和相应的激光发射,从一开始就是一个单脉冲过程,一般是固态激光器,液体激光器以及一些特殊的气体激光器,采用这样,可以忽略此时设备的发热效果,因此无法采取特殊的散热措施。

(3)重复脉冲激光,这类设备的特点是其输出是一系列重复的激光脉冲,因此,该设备可以是适当的激励形式,在重复脉冲或激励的基础上连续调制激光振荡过程而以某种方式,要获得重复的脉冲激光输出,通常还需要对设备采取有效的冷却措施。

(4)激光器,具体是指采用一定的开关技术来实现脉冲激光器的大功率输出,其工作原理是在工作状态下人口反转物质不会使其激射振荡后形成(开关闭合),等待粒子积累到足够高的水平后,突然瞬时开关,这可以在较短的时间内(例如10〜10秒)形成非常强的激光振荡和高功率脉冲激光输出(请参见“ \”类=链接>激光技术)。

(5)锁模激光器,是一种特殊类型的激光器,采用锁模技术,其工作特性是由谐振腔在不同的纵向模之间具有确定的相位关系,因此可以得到等间距的一系列视场在及时的超短脉冲激光中,脉冲宽度为10到10秒)序列,如果进一步采用特殊的快速光开关技术,则应从单脉冲序列中选择超短激光脉冲(参见锁模激光技术)。

6单模和激光器的频率稳定化,单模激光器是指在模具技术处于单横向模式或单纵模运行状态的激光器后,采用一定的极限,激光器的频率稳定化措施是指采用在特殊激光设备的范围内,在一定精度下可以一定程度自动控制激光器的输出波长或频率稳定度,在某些情况下,还可以做成单模运行和能够自动频率稳定度控制设备的特殊激光器(请参阅激光频率稳定技术)。

通常,可调激光器的输出波长是固定的,但某些激光器的输出波长可以通过使用特殊的调谐技术在连续且可控制的范围内更改。这种类型的激光称为可调激光(请参阅激光调谐技术)。

频段范围

根据输出激光器的波长范围,可以将不同类型的激光器分为以下类型。

远红外激光的输出波长范围在25〜1000微米之间。一些分子气体激光器和自由电子激光器的激光输出落入该区域。

nir激光器是指激光设备的输出激光波长处于中红外区域(2.5〜25微米),以CO分子气体激光器(10.6微米)和CO分子气体激光器(5〜6微米)为代表。

无源近红外激光器是一种激光器设备,其输出激光波长在近红外区域(0.75〜2.5微米),由掺钕固体激光器(1.06微米),CaAs半导体二极管激光器(约0.8微米)和一些气体激光器。

(4)可见光激光器,是指激光装置在可见光谱范围内(4000〜7000或0.4〜0.7微米)的输出激光波长,代表为红宝石激光器(6943),氦氖激光器(6328),氩气离子激光器(4880、5145),k离子激光器(4762、5208、5682、6471)以及某些可调染料激光器等。

其输出激光波长范围在近紫外光谱范围内(2000-4000埃)的近紫外激光由氮分子激光(3371埃)氟化氙(XeF)准分子激光(3511埃,3531埃)代表,氟化k(KrF)准分子激光器(2490埃)和一些可调染料激光器。

输出激光的波长范围在真空紫外光谱范围内(50〜2000埃),以(H)分子激光(1644〜1098埃),氙(Xe)准分子激光(1730埃)等表示。

已经开发出软X射线,但仍处于探索阶段。

IX主要用途

激光是现代激光加工系统中必不可少的核心组件之一。

随着激光加工技术的发展,激光器得到了发展,并且出现了许多新的激光器。

早期的激光加工激光器是大功率CO2气体激光器和光泵浦固体YAG激光器。

从激光加工技术的发展历史来看,第一台激光器出现在1970年代中期的密封CO2激光管中。到目前为止,已经出现了第五代CO2激光器-扩散冷却的CO2激光器。

从发展中可以看出,早期的CO2激光器倾向于提高激光功率的发展方向。但是,当激光功率达到一定要求时,就认真对待激光器的光束质量,并将激光器的发展转移到高调节的光束质量上。

出现在衍射极限附近的扩散冷却板条CO 2激光器具有良好的光束质量,被广泛使用,特别是在激光切割领域,受到许多企业的青睐。

在21世纪初,出现了另一种新型激光器-半导体激光器。

与传统的大功率CO2和YAG固体激光器相比,半导体激光器具有明显的技术优势,如半导体激光器的体积小,重量轻,效率高,能耗低,寿命长,金属吸收率高等,并不断发展。半导体激光器技术的发展,基于半导体激光器的其他固体激光器,例如光纤激光器,半导体泵浦固体激光器,例如平板激光器,发展也很快。

其中,光纤激光器发展迅速,特别是掺稀土的光纤激光器应在光纤通信,光纤传感和激光材料加工领域得到广泛应用。

由于其卓越的特性,该激光器已在工业,农业,精密测量与检测,通信与信息处理,医疗和军事等许多领域中使用,并在许多领域取得了革命性的突破。

在军事上,激光已被用于通讯,夜视,预警,测距等方面,各种激光武器和激光制导武器也已投入使用。

1.激光用作热源。

激光束很小,并且携带大量功率。例如,使用镜头对焦可以将能量集中在很小的区域上,并产生大量的热量。

例如,人们可以使用激光的集中且极高的能量来处理各种材料,并在针上钻200个孔。

作为引起生物机体刺激,变异,烧灼和蒸发的手段,激光在医药和农业的实际应用中取得了良好的效果。

2.激光测距。

作为测距光源,由于其良好的方向性,高功率和高精度,激光可以测量很远的距离。

3.激光通讯。

在通信中,使用激光束传输信号的光缆可以承载多达20,000条铜线的信息。

4.可控核聚集在空气中的应用。

通过将激光射入氘和tri的混合物中,激光给它们提供大量能量,产生高压和高温,使两个原子核融合成氦气和中子,并同时释放出大​​量的辐射能。 。

由于可以控制激光能量,因此该过程称为受控核聚变。

未来,随着激光技术的进一步研究和发展,激光的性能将进一步提高,成本将进一步降低,但其应用范围将进一步扩大,将发挥越来越大的作用。


专业从事光纤和二氧化碳激光切割设备的研发,生产和销售。

 

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