激光的产生机理 谐振腔的振荡模式（激光模式） 是指能够在腔内稳定存在的光波基本形式（频率、振幅、相位确定， 且空间分布不随时间而变化) 激光模式通常分为纵模和横模。纵模为激光沿光束传播方向的能量 空间分布；横模为激光束横截面内的能量空间分布。 通常用TEMmno表示，下标m、n、q可分别取0、1、2、3.等整数。 其中q为纵模数，表示沿腔轴形成的驻波节点数目（一般很大）；m、n 为横模数，表示光束横截面内的振幅分布情况。下图为几种简单横 模在光束横截面内的光斑能量分布情况： 88 TEMoo TEMio TEM2o TEMoI TEMo2 (基模) (高阶模) 26
26 激光的产生机理 谐振腔的振荡模式（激光模式) 是指能够在腔内稳定存在的光波基本形式 (频率、振幅、相位确定， 且空间分布不随时间而变化) 激光模式通常分为纵模和横模。纵模为激光沿光束传播方向的能量 空间分布；横模为激光束横截面内的能量空间分布。 通常用TEMmnq表示，下标m、n、q可分别取0、1、2、3…等整数。 其中q为纵模数,表示沿腔轴形成的驻波节点数目(一般很大)；m、n 为横模数,表示光束横截面内的振幅分布情况。下图为几种简单横 模在光束横截面内的光斑能量分布情况： TEM00 (基模) TEM10 TEM20 TEM01 TEM02 (高阶模)
典型激光模式 TEMoo 又称基模，常见于输出功率为7003000W CO,激光器，主要应用于激光切割。 TEMor 该模式也可用于激光切割或打孔，常见于输 出功率大于3000W的CO2激光器。 多模 该模式通常用于激光焊接和表面加工，常见于 输出功率大于5000~12000W的CO,激光器。 27
27 典型激光模式 多模 TEM00 TEM01 又称基模，常见于输出功率为700～3000W CO2激光器，主要应用于激光切割。 该模式也可用于激光切割或打孔，常见于输 出功率大于3000W的CO2激光器。 该模式通常用于激光焊接和表面加工，常见于 输出功率大于5000～12000W的CO2激光器
激光的基本特点 能量集中 一台10mW氦氖激光器，辐射亮度可达1010W/(m2.sr),比太阳辐射亮 度3×10W/m2.sr)高几干倍。 >方向性好 普通光源的发散角很大，一般为4πrad,即使做成探照灯，发散角也有 10rad;激光束的发散角很小，一般为毫弧度(103rad)数量级。但不 同类型激光器方向性有差别，如：气体激光(He-Ne):l04rad,固体激 光102~103rad,半导体激光：几度~十几度 >单色性好 太阳光谱线宽度△v=102nm,氪灯△v=102nm,激光Av≤10-7nm(数量级) ~相干性好 b一光源尺寸 时间相干性：△oo Λ) 空间相干性D(B 横向相干长度) 28
28 激光的基本特点 能量集中 一台10mW氦氖激光器,辐射亮度可达1010W/(m2⋅sr)，比太阳辐射亮 度3×106W/(m2⋅sr)高几千倍。 方向性好 普通光源的发散角很大, 一般为4πrad, 即使做成探照灯, 发散角也有 10-1rad；激光束的发散角很小, 一般为毫弧度(10-3rad)数量级。但不 同类型激光器方向性有差别, 如: 气体激光(He-Ne):10-4rad，固体激 光10-2~10-3rad，半导体激光:几度～十几度 单色性好 太阳光谱线宽度∆ν=102nm, 氪灯∆ν=10-2nm, 激光∆ν≤10-7nm(数量级) 相干性好 时间相干性: 空间相干性: ( ) 1 t υ ∆ ∞ ∆ 1 D b ∞ b — 光源尺寸 D — 横向相干长度
激光器的种类 激光器按不同激活介质、泵浦方式和谐振腔形式，分类也不同 *通常可按激活介质分类如下： >气体激光器：He-Ne激光器、CO2激光器、CO激光器、准分子激光器 >液体激光器：染料激光器 >固体激光器：红宝石激光器、Nd:YAG激光器、Yb:YAG激光器、 光纤激光器、半导体激光器等 各类激光器的激光波长范围如下： 150nm 400nm 700nm wavelength is not on scale! 15μm ultraviolet visible infrared ↑↑ Excimer Nd:YAG/SHG Nd:YAG CO2 ArF:193 nm 532nm 1064nm 9.4μm KrF:248 nm 10.6μm XeCl:308 nm Nd:YAG/THG Diode laser 808,940,980nm 355nm 29
29 激光器的种类 激光器按不同激活介质、泵浦方式和谐振腔形式，分类也不同 通常可按激活介质分类如下： 气体激光器：He-Ne激光器、CO2激光器、CO激光器、准分子激光器 液体激光器：染料激光器 固体激光器：红宝石激光器、Nd:YAG激光器、Yb:YAG激光器、 光纤激光器、半导体激光器 等 各类激光器的激光波长范围如下：
激光器的种类 目前材料加工中常用的激光器 >C○2激光器：横流型、快速轴流、扩散冷却型 >Nd:YAG激光器：（灯泵浦、LD泵浦）/（棒状晶体、盘 状晶体) >半导体激光器 >光纤激光器 >其它：准分子激光器、飞秒激光、CO激光 30
30 激光器的种类 目前材料加工中常用的激光器 CO2激光器：横流型、快速轴流、扩散冷却型 Nd:YAG激光器：(灯泵浦、LD泵浦) / (棒状晶体、盘 状晶体) 半导体激光器 光纤激光器 其它：准分子激光器、飞秒激光、CO激光