激光器原理

第一次实验的话肯定是这样的了，每个晶体的位置，角度，方向，都需要你去摸索了。而且做实验很多时候光路的同心度也需要你自己去调整了，需要先确认好各个晶体的位置，然后微调，按照标准的实验流程来做出光难度应该不是太大，难的是效率和模式了

激光器的主要组成部分为增益介质，粒子束反转和谐振腔。如果你的实验中，已经确定存在增益介质并实现了有效的粒子束反转，那么仅剩下谐振腔调整问题。 谐振腔调整时，注意参考光的调节，使参考光指示泵浦光的出射方向和中心。然后，根据参考光，安装并谐振腔镜即可。 具体问题具体分析，谐振腔的调节实际是泵浦光与激光模式匹配的过程。模式匹配的好坏影响激光的输出特性。

光纤激光器应用范围非常广泛，包括激光光纤通讯、激光空间远距通讯、工业造船、汽车制造、激光雕刻激光打标激光切割、军事国防安全、医疗器械仪器设备、大型基础建设，作为其他激光器的泵浦源等等。光纤激光器是什么原理构成的呢？我们马上来了解看看吧。【光纤激光器原理】光纤是以SiO2为基质材料拉成的玻璃实体纤维，其导光原理是利用光的全反射原理，即当光以大于临界角的角度由折射率大的光密介质入射到折射率小的光疏介质时，将发生全反射，入射光全部反射到折射率大的光密介质，折射率小的光疏介质内将没有光透过。普通裸光纤一般由中心高折射率玻璃芯、中间低折射率硅玻璃包层和最外部的加强树脂涂层组成。光纤按传播光波模式可分为单模光纤和多模光纤。单模光纤的芯径较小，只能传播一种模式的光，其模间色散较小。多模光纤的芯径较粗，可传播多种模式的光，但其模间色散较大。按折射率分布的情况化分，可分为阶跃折射率（SI）光纤和渐变折射率（GI）光纤。以稀土掺杂光纤激光器为例，掺有稀土离子的光纤芯作为增益介质，掺杂光纤固定在两个反射镜间构成谐振腔，泵浦光从M1入射到光纤中，从M2输出激光。当泵浦光通过光纤时，光纤中的稀土离子吸收泵浦光，其电子被激励到较高的激发能级上，实现了离子数反转。反转后的粒子以辐射形成从高能级转移到基态，输出激光。【光纤激光器作为第三代激光技术的代表，具有以下优势】（1）玻璃光纤制造成本低、技术成熟及其光纤的可饶性所带来的小型化、集约化优势；（2）玻璃光纤对入射泵浦光不需要像晶体那样的严格的相位匹配，（3）玻璃材料具有极低的体积面积比，散热快、损耗低，所以转换效率较高，（4）输出激光波长多：这是因为稀土离子能级非常丰富及其稀土离子种类之多；（5）可调谐性：由于稀土离子能级宽和玻璃光纤的荧光谱较宽（6）由于光纤激光器的谐振腔内无光学镜片，具有免调节、免维护、高稳定性的优点，这是传统激光器无法比拟的。（7）光纤导出，使得激光器能轻易胜任各种多维任意空间加工应用，使机械系统的设计变得非常简单。（8）胜任恶劣的工作环境，对灰尘、震荡、冲击、湿度、温度具有很高的容忍度。（9）不需热电制冷和水冷，只需简单的风冷（10）高的电光效率：综合电光效率高达20%以上，大幅度节约工作时的耗电，节约运行成本。（11）高功率,商用化的光纤激光器是六千瓦。

氩铬固体晶体激光器是一种基于晶体材料的激光器，其原理如下：1、激光介质：氩铬激光器的激光介质是氧化铝（Al2O3）晶体，其中掺杂了少量的氩和铬离子。这些离子在晶体中形成了能级结构，可以实现激光放大和放射。2、激发能源：氩铬激光器通常使用弧光灯或闪光灯等强光源来激发晶体中的铬离子。当激发能量足够大时，铬离子会从基态跃迁到激发态，形成激发态的铬离子。3、自发辐射：激发态的铬离子会通过自发辐射跃迁到较低的能级，释放出一定的能量。这些能量会被吸收并激发其他铬离子，形成一个自发辐射的过程。4、反向反转：当自发辐射过程达到一定程度时，会形成反向反转（populationinversion），即激发态的铬离子数目大于基态的铬离子数目。此时，晶体中的铬离子会在受到外界刺激时，以激光的形式放射出能量。5、激光输出：当反向反转达到一定程度时，晶体中的铬离子会在激发能源的刺激下，以激光的形式放射出能量。这些能量会被反射镜反射，形成激光输出。

运作原理　　二氧化碳激光是一种分子激光。主要的物质是二氧化碳分子。它可以表现多种能量状态这要视其震动和旋转的形态而定。基本的能量网状见图1。二氧化碳里的混合气体是由于电子释放而造成的低压气体（通常30-50托）形成的等离子（电浆）。如麦克斯韦-波尔兹曼分布定律所说，在等离子里，分子呈现多种兴奋状态。一些会呈现高能态（00o1）其表现为不对称摆动状态。当与空心墙碰撞或者自然散发，这种分子也会偶然的丢失能量。通过自然散发这种高能状态会下降到对称摆动形态(10o0)以及放射出可能传播到任何方向的光子（一种波长10.6μm的光束）。偶然的，这种光子的一种会沿着光轴的腔向下传播也将在共鸣镜里摆动。大体上，二氧化碳激光的工作物质是由二氧化碳、氦、氮气所组成的混合物。氮气作为缓冲气体以及它的分子共鸣地传递刺激能量给二氧化碳分子。因为张弛水平（01110）是瓶颈，氦的作用是作为热壑来传递能量给水平（01110）给氦原子。　　二氧化碳激光的种类　　废热被拒的方式对激光系统设计有很大的影响。原则上，有两种可能的方式。靠前种方式是基于自动处理自然扩散热气到管墙，运作原理就是密封和慢轴流激光。第二种是基于气体强迫对流，其运作原理就是快轴流激光。大体上，主要有五种二氧化碳激光：　　密封式或无流式　　慢轴流　　快轴流　　快速横向流　　横向激励大气（TEA）　　密封或无流式二氧化碳激光通常以用于光束偏转激光做记号。它的放电管完全被封住。这种激光束的质量非常好。而且在大多数情况下整个放电管可以换新旧的可以重新灌气所以容易保养。这样就无需使用分离式的气体供应系统。只需要在激光头做较少的连接。所以它既紧密且轻巧。但是其能量输出较低（通常少于200瓦）。　　TEA二氧化碳激光通常应用于防护罩制作。只能在脉冲形势下操作。气流低且气压高。其激励电压大概在一万伏。这种激光束能量分布在相对的大区域是统一的。它的较高能量较高可以达到1012瓦而且其脉冲宽度非常小。尽管如此，由于多状态运转所以这种形式的激光很难在小点上集中。　　泵的电源供应　　对于CW二氧化碳激光而言，总体上说主要有三种给泵供电的方式。例如：直流电（DC）、高频（HF）、射频（RF）。直流电供电设计较简单。在高频率供电式中电子在频率20-50千赫兹之间交替。相对直流电而言，高频供电在大小上紧密而且较高效率。射频供电中电子在频率2至100兆赫兹之间交替。与直流电相比，其电压和效率都较低。

　　1、激光器顾名思义就是能发射激光的装置。从1954年制成了第一台微波量子放大器，获得了高度相干的微波束。一直到现在，激光器的种类就越来越多。 　　2、按工作介质分，激光器可分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器4大类，近来还发展了自由电子激光器。其工作介质是在周期性磁场中运动的高速电子束，激光波长可覆盖从微波到X射线的广阔波段。按工作方式分，有连续式、脉冲式、调Q和超短脉冲式等几类。 　　3、除自由电子激光器外，各种激光器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。 　　4、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），所以一般激光器都具有谐振腔。

固体激光器可作大能量和高功率相干光源。红宝石脉冲激光器的输出能量可达千焦耳级。经调Q和多级放大的钕玻璃激光系统的最高脉冲功率达10瓦。钇铝石榴石连续激光器的输出功率达百瓦级，多级串接可达千瓦。

二氧化碳激光是一种分子激光。主要的物质是二氧化碳分子。它可以表现多种能量状态这要视其震动和旋转的形态而定。二氧化碳里的混合气体是由于电子释放而造成的低压气体（通常30-50托）形成的等离子（电浆）。如麦克斯韦-波尔兹曼分布定律所说，在等离子里，分子呈现多种兴奋状态。一些会呈现高能态（00o1）其表现为不对称摆动状态。当与空心墙碰撞或者自然散发，这种分子也会偶然的丢失能量。通过自然散发这种高能状态会下降到对称摆动形态(10o0)以及放射出可能传播到任何方向的光子（一种波长10.6μm的光束）。偶然的，这种光子的一种会沿着光轴的腔向下传播也将在共鸣镜里摆动。大体上，二氧化碳激光的工作物质是由二氧化碳、氦、氮气所组成的混合物。氮气作为缓冲气体以及它的分子共鸣地传递刺激能量给二氧化碳分子。因为张弛水平（01110）是瓶颈，氦的作用是作为热壑来传递能量给水平（01110）给氦原子。

摘要：光纤激光器利用掺杂稀土元素的光纤研制成的光纤放大器给光波技术领域带来了革命性的变化。光纤激光器正渐渐代替传统激光器在激光打标、激光焊接、激光切割等领域的主导地位。光纤激光器的应用范围很广，光纤激光器用途主要体现在标刻应用、材料处理的应用、材料弯曲的应用、激光切割的应用等方面，下面一起来详细了解一下光纤激光器的原理及用途吧。一、光纤激光器原理是什么光纤激光器的工作原理是：由泵浦源发出的泵浦光通过一面反射镜耦合进入增益介质中，由于增益介质为掺稀土元素光纤，因此泵浦光被吸收，吸收了光子能量的稀土离子发生能级跃迁并实现粒子数反转，反转后的粒子经过谐振腔，由激发态跃迁回基态，释放能量，并形成稳定的激光输出。光纤激光器的工作原理主要基于光纤激光器的特殊结构。激光器是由工作物质、泵浦源和谐振腔三部分组成，具体作用如下：1、增益光纤为产生光子的增益介质。2、抽运光的作用是作为外部能量使增益介质达到粒子数反转，即泵浦源。3、光学谐振腔由两个反射镜组成，作用是使光子得到反馈并在工作介质中得到放大。二、光纤激光器用途大吗1、标刻应用脉冲光纤激光器以其优良的光束质量，可靠性，最长的免维护时间，最高的整体电光转换效率，脉冲重复频率，最小的体积，无须水冷的最简单、最灵活的使用方式，最低的运行费用使其成为在高速、高精度激光标刻方面的唯一选择。一套光纤激光打标系统可以由一个或两个功率为25W的光纤激光器，一个或两个用来导光到工件上的扫描头以及一台控制扫描头的工业电脑组成。这种设计比用一个50W激光器分束到两个扫描头上的方式高出达4倍以上的效率。该系统最大打标范围是175mm*295mm，光斑大小是35um，在全标刻范围内绝对定位精度是+/-100um。100um工作距离时的聚焦光斑可小到15um。2、材料处理的应用光纤激光器的材料处理是基于材料吸收激光能量的部位被加热的热处理过程。1um左右波长的激光光能很容易被金属、塑料及陶瓷材料吸收。3、材料弯曲的应用光纤激光成型或折曲是一种用于改变金属板或硬陶瓷曲率的技术。集中加热和快速自冷切导致在激光加热区域的可塑性变形，永久性改变目标工件的曲率。研究发现用激光处理的微弯曲远比其他方式具有更高的精密度，同时，这在微电子制造是一个很理想的方法。4、激光切割的应用随着光纤激光器的功率不断攀升，光纤激光器在工业切割方面得以被规模化应用。比如：用快速斩波的连续光纤激光器微切割不锈钢动脉管。由于它的高光束质量，光纤激光器可以获得非常小的聚焦直径和由此带来的小切缝宽度正在刷新医疗器件工业的标准。三、光纤激光器的应用有哪些1、光纤激光器在打标机上的应用光纤激光器以其布局紧凑、光转换服从高、预热时间短、受情况因素影响小、免维护以及容易与光纤或由光学镜片构成导光体系耦合等长处受到人们的普遍青睐。现在，光纤激光器正渐渐代替传统激光器在激光打标、激光焊接、激光切割等范畴的主导职位地方。在打标领域，由于光纤激光用具有较高的光束质量和定位精度，光纤打标体系正代替服从不高的二氧化碳激光和氙灯抽运的Nd：YAG脉冲激光打标体系。2、光纤激光器在传感上的应用较之于其他光源，光纤激光器被用作传感光源有很多优势。首先，光纤激光器具有利用率高、可调谐、稳固性好、紧凑小巧、重量轻、维护方便和光束质量好等优秀性能。其次，光纤激光能很好地与光纤耦合，与现有的光纤器件完全兼容，能举行全光纤测试。现在，基于可调谐窄线宽光纤激光器的光纤传感是该领域的应用热门之一。该光纤激光器的光谱线宽很窄，具有超长干系长度，并且可以对频率举行快速调制。把这种窄线宽光纤激光器应用到漫衍式传感体系，可实现超长间隔、超高精度的光纤传感。在美国和欧洲，这种基于可调谐窄线宽光纤激光器的传感技能被遍及应用到。我国预计每年对这种范例光纤激光器的需求量也在100台以上。3、光纤激光器在通讯上的应用光纤激光器相比于其他类型的激光器，在布局紧凑性、散热、光束质量、体积以及与现有体系的兼容性等方面具有明显的优势，在通讯领域得到普遍的应用。掺稀土光纤为增益介质的锁模光纤激光器可以孕育发生高重复率、脉宽为皮秒或飞秒量级的超短光脉冲，并且其激射波长又落在光纤通讯的最佳窗口1.55μm波段上，是将来高速光通讯体系的抱负光源。现在，10GHz与40GHz重复频率的锁模光纤激光器已经研制乐成。一旦这种通讯网络铺设开展，对这范例激光器的需求将是巨大的。4、光纤激光器在医疗上的应用如今，用于临床的激光器大多是氩离子激光器、二氧化碳激光器和YAG激光器，但通常它们光束质量不高，具有非常大的体积，需要巨大的水冷体系，并且安置和维护非常不易，而这些恰正是光纤激光器可以补充的。由于水分子在2μm有一个吸取峰，将2μm光纤激光器用作外科手术东西可以实现快速止血，避免手术对人体构造的损伤。