授课教案 第六章发光器件 水冷放电管 磁场线圈 反射镜 半反射镜 阴极 回气管 阳极 图6.9氩离子激光器基本结构 §6-2固体激光器 一、概述 >粒子密度：109~1020em3 >激光上能级寿命较长：104一103s >体积小 》采用光泵浦方式，能量转换效率较低 光泵浦激励又分为气体放电灯和半导体激光器激励两种方式。 工作物质 聚光镜 输出激光 全反射镜 半反半透镜 图6.10气体放电灯激励的固体激光器示意图 半导体 工作物质 激光器 图6.11半导体激光器端面系浦的周体激光器示意图
授课教案 第六章 发光器件 图 6.9 氩离子激光器基本结构 §6-2 固体激光器 一、 概述 ¾ 粒子密度：1019～1020/cm3 ¾ 激光上能级寿命较长：10-4～10-3s ¾ 体积小 ¾ 采用光泵浦方式，能量转换效率较低 光泵浦激励又分为气体放电灯和半导体激光器激励两种方式。 图 6.10 气体放电灯激励的固体激光器示意图 图 6.11 半导体激光器端面泵浦的固体激光器示意图 6
授教案 第六章发光器件 反射板工作物质 半导体激光器阵列 图6.12半导体激光器阵列侧面泵浦的固体激光器示意图 二、固体激光器工作物质 1.物理特性的要求 >吸收带宽，吸收系数较大 >高荧光量子效率 >亚稳态寿命长 >掺杂浓度高 ~荧光谱线宽度小 》热导率高 2.光学质量 >吸收系数小于0.005cm >散射损耗 >退偏损耗 三、光源和聚光、冷却系统 1.光源 脉冲激光器：脉冲氙灯 连续激光器：连续氪灯、碘钨灯 2.聚光腔 灯 棒 o● 图6.13圆柱形聚光器 >
授课教案 第六章 发光器件 图 6.12 半导体激光器阵列侧面泵浦的固体激光器示意图 二、固体激光器工作物质 1. 物理特性的要求 ¾ 吸收带宽，吸收系数较大 ¾ 高荧光量子效率 ¾ 亚稳态寿命长 ¾ 掺杂浓度高 ¾ 荧光谱线宽度小 ¾ 热导率高 2. 光学质量 ¾ 吸收系数小于 0.005cm-1 ¾ 散射损耗 ¾ 退偏损耗 三、光源和聚光、冷却系统 1. 光源 脉冲激光器：脉冲氙灯 连续激光器：连续氪灯、碘钨灯 2. 聚光腔 图 6.13 圆柱形聚光器 7
授课教案 第六章发光器件 灯棒 灯棒 F2 图6.14单椭圆柱面聚光器 棒 图6.15双椭圆柱面聚光器 灯棒 图6.，16椭球面聚光器 3.冷却与聚光系统 共同冷却：激光器设计为密封结构，灯、棒和聚光器共同浸泡在滤光冷却液中。 分别冷却：灯和棒分别密封在两个玻璃管中滤光冷却，聚光器另加工通水循环 孔。 红宝石激光器：自来水或硫酸铜水溶液 YAG和钕玻璃激光器：重铬酸钾或亚硝酸钠 四、红宝石激光器 属三能级系统，阀值泵浦能量高。输出可见光，应用于动态全息、医学领域。 调Q红宝石激光器：输出峰值功率10MW-50MW、脉宽10ns-20ns 锁模红宝石激光器：输出峰值功率10W、脉宽10ps 1.工作原理 基质：Al2O 激活粒子：C离子
授课教案 第六章 发光器件 图 6.14 单椭圆柱面聚光器 图 6.15 双椭圆柱面聚光器 图 6.16 椭球面聚光器 3. 冷却与聚光系统 共同冷却：激光器设计为密封结构，灯、棒和聚光器共同浸泡在滤光冷却液中。 分别冷却：灯和棒分别密封在两个玻璃管中滤光冷却，聚光器另加工通水循环 孔。 红宝石激光器：自来水或硫酸铜水溶液 YAG 和钕玻璃激光器：重铬酸钾或亚硝酸钠 四、红宝石激光器 属三能级系统，阈值泵浦能量高。输出可见光，应用于动态全息、医学领域。 调 Q 红宝石激光器：输出峰值功率 10MW~50 MW、脉宽 10ns~20ns 锁模红宝石激光器：输出峰值功率 109 W、脉宽 10ps 1. 工作原理 基质：Al2O3 激活粒子：Cr3+离子 8
授教案 第六章发光器件 聚光镜 红宝石棒 输出激光 全反射镜 半反半透镜 高压直流电清 图6,17红宝石激光器结构图 ,非辐射 _24A 亚稳态 受激辐射 A 基态 图6.18红宝石中C2*的能级图 2.输出特性 ()时间特性 激光脉冲由很多无规则的尖峰脉冲组成，各尖峰脉冲的时间间隔约为几微秒。 (2)光谱特性 谱线宽度0.01nm-0.1nm (3)偏振特性 晶体棒轴方向与光轴方向平行：输出激光无偏振特性 晶体棒轴方向与光轴方向夹角为60或90时：输出线偏振光。 (a) 90 90 图6.19偏振特性 9
授课教案 第六章 发光器件 图 6.17 红宝石激光器结构图 图 6.18 红宝石中Cr3+的能级图 2. 输出特性 (1) 时间特性 激光脉冲由很多无规则的尖峰脉冲组成，各尖峰脉冲的时间间隔约为几微秒。 （2）光谱特性 谱线宽度 0.01nm~0.1nm （3）偏振特性 晶体棒轴方向与光轴方向平行：输出激光无偏振特性 晶体棒轴方向与光轴方向夹角为 600 或 900 时：输出线偏振光。 图 6.19 偏振特性 9
授课教案 第六章发光器件 (4)空间特性 平行平面镜腔基模光束的发散角的理论值为 20-2×1221 (6.3) 3.红宝石激光器的选模 利用在腔内插入可饱和吸收染料盒实现选模，该染料特点：吸收系数随光 强增加而下降 五、参钕钇铝石榴石(Nd3:YAG)激光器 属四能级系统，具有较低的泵浦阀值功率。 11N 4下0 0.81μ 106um 0.87m0.75μnm 412 412 图6.20YAG能级图 表6一1红宝石、Nd:YAG和钕玻璃激光器性能参数比较
授课教案 第六章 发光器件 （4）空间特性 平行平面镜腔基模光束的发散角的理论值为 d λ θ 22.1 22 ×= （6.3） 3. 红宝石激光器的选模 利用在腔内插入可饱和吸收染料盒实现选模，该染料特点：吸收系数随光 强增加而下降。 五、掺钕钇铝石榴石（Nd3+ ：YAG）激光器 属四能级系统，具有较低的泵浦阈值功率。 图 6.20 YAG 能级图 表 6－1 红宝石、Nd3+：YAG和钕玻璃激光器性能参数比较 10