發布日期:2022-10-09 點擊率:159
除自由電子激光器外,各種激光器的基本工作原理均相同,產生激光的必不可少的條件是粒子數反轉和增益大過損耗,所以裝置中必不可少的組成部分有激勵(或抽運)源、具有亞穩態能級的工作介質兩個部分。激勵是工作介質吸收外來能量后激發到激發態,為實現并維持粒子數反轉創造條件。激勵方式有光學激勵、電激勵、化學激勵和核能激勵等。工作介質具有亞穩能級是使受激輻射占主導地位,從而實現光放大。激光器中常見的組成部分還有諧振腔,但諧振腔( 見光學諧振腔)并非必不可少的組成部分,諧振腔可使腔內的光子有一致的頻率、相位和運行方向,從而使激光具有良好的方向性和相干性。而且,它可以很好地縮短工作物質的長度,還能通過改變諧振腔長度來調節所產生激光的模式(即選模),所以一般激光器都具有諧振腔。下面介紹一下激光器都有哪些種類?
1. 氣體激光器
在氣體激光器中,常見的是氦氖激光器。世界上臺氦氖激光器是繼臺紅寶石激光器之后不久,于1960年在美國貝爾實驗室里由伊朗物理學家賈萬制成的。由于氦氖激光器發出的光束方向性和單色性好,可以連續工作,所以這種激光器是當今使用多的激光器,主要用在全息照相的精密測量、準直定位上。 氣體激光器中另一種典型代表是氬離子激光器。它可以發出鮮艷的藍綠色光,可連續工作,輸出功率達100多瓦。這種激光器是在可見光區域內輸出功率的一種激光器。由于它發出的激光是藍綠色的,所以在眼科上用得多,因為人眼對藍綠色的反應很靈敏,眼底視網膜上的血紅素、葉黃素能吸收綠光。因此,用氬離子激光器進行眼科手術時,能迅速形成局部加熱,將視網膜上蛋白質變成凝膠狀態,它是焊接視網膜的理想光源。氬離子激光器發出的藍綠色激光還能深入海水層,而不被海水吸收,因而可廣泛用于水下勘測作業。
2. 液體、化學和半導體激光器
液體激光器也稱染料激光器,因為這類激光器的激活物質是某些有機染料溶解在乙醇、甲醇或水等液體中形成的溶液。為了激發它們發射出激光,一般采用高速閃光燈作激光源,或者由其他激光器發出很短的光脈沖。液體激光器發出的激光對于光譜分析、激光化學和其他科學研究,具有重要的意義。 氣體激光器
化學激光器是用化學反應來產生激光的。如氟原子和氫原子發生化學反應時,能生成處于激發狀態的氟化氫分子。這樣,當兩種氣體迅速混合后,便能產生激光,因此不需要別的能量,就能直接從化學反應中獲得很強大的光能。這類激光器比較適合于野外工作,或用于軍事目的,令人畏懼的死光武器就是應用化學激光器的一項成果。 在當今的激光器中,還有一些是用半導體制成的。它們體積小,使用壽命長,激勵方式簡單(通常采用電激勵),閾值電流低,易于規模化生產,早期的半導體激光器的輸出激光相干性、方向性等性能較差,輸出激光頻率種類較少,大多在紅外區,但是現在隨著研究的深入和半導體 半導體激光器
材料和結構的拓展,半導體激光器家族中出現了諸如邊發射激光器、量子阱激光器、垂直腔表面發射激光器等等輸出激光性能優異的新成員,輸出激光頻率類型在可見光區域也廣有分布。尤其是垂直腔表面發射激光器,除了具有單縱模輸出、低閾值電流起振等優異特性之外,還具有在生產工藝上大規模化和陣列化,這樣,半導體激光器也能輸出大功率激光,而且進一步降低半導體激光器的生產成本,利于激光器的普及應用。目前,半導體類激光器是激光器家族中應用為廣泛的一支,如在光通信(如光纖通信)、光存儲和讀取(即光盤和光驅)、光開關、光邏輯器件等等。
3. 固體激光器
前面所提到的紅寶石激光器就是固體激光器的一種。早期的紅寶石激光器是采用普通光源作為激發源。現在生產的紅寶石激光器已經開發出許多新產品,種類也增多。此外,激勵的方式也分為好幾種,除了光激勵外,還有放電激勵、熱激勵和化學激勵等。 固體激光器中常用的還有釔鋁石榴石激光器,它的工作物質是氧化鋁和氧化釔合成的晶體,并摻有氧化釹。激光是由晶體中的釹離子放出,是人眼看不見的紅外光,可以連續工作,也可以脈沖方式工作。由于這種激光器輸出功率比較大,不僅在軍事上有用,也可廣泛用于工業上。此外,釔鋁石榴石激光器或液體激光器中的染料激光器,對治療白內障和青光眼十分有效。
4. “隱身”和“變色”激光器
另外還有兩種較為特殊的激光器。一種是二氧化碳激光器,可稱“隱身人”,因為它發出的激光波長為10.6微米,“身”處紅外區,肉眼不能覺察,它的工作方式有連續、脈沖兩種。連接方式產生的激光功率可達20千瓦以上。脈沖方式產生的波長10.6微米激光也是強大的一種激光。人們已用它來“打”出原子核中的中子。二氧化碳激光器的出現是激光發展中的重大進展,也是光武器和核聚變研究中的重大成果。普通的二氧化碳激光器是一支長1米左右的放電管。它的一端貼上鍍金反射鏡片,另一端貼一塊能讓10.6微米紅外光通過的鍺平面鏡片作為紅外激光輸出鏡。一般的玻璃鏡片不讓這種紅外光通過,所以個能做輸出鏡。放電管放電時發出粉紅色的自發輻射光,它產生的激光是看不見的,在磚上足以把磚頭燒到發出耀眼的白光。做實驗時,一不小心就會把自己的衣服燒壞,裸露的皮膚碰到了也要燒傷,所以這種激光器上都貼著“危險”的標記,操作時要特別留神。
5.近紅外光譜儀
近紅外光譜儀專為滿足實際應用的挑戰而設計的,具有卓越的性能、長期穩定性、結構緊湊和超低功耗的優點。 二氧化碳激光器形式很多。放電管長的達200多米,要占據很大的場地。科學家想出辦法,將筆直的放電管彎成來回轉折的形狀,或是把放電管疊起來安裝,將它們的實際長度壓縮到20米左右;為了使激光器的光路不受振動的影響,整個器件安放在地下室粗大的管道內。后來發明的一種稱為橫向流動的二氧化碳激光器,長度縮到只有一張大辦公桌那樣長短,能射出幾千瓦功率的激光。這樣的激光器已被許多汽車拖拉機廠用來加工大型零件。輸出功率更大的一種二氧化碳激光器結構像大型噴氣發動機,開動起來聲音響得嚇人,它能產生上百萬瓦的連續激光,是連續方式發射激光中的強者。初的激光打坦克靶實驗,用的就是這種激光器。它是科學家把空氣動力學和激光科學相結合而制造出來的。
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