[激光器原理与应用-10]：激光器分类

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目录

​​第1章 什么是激光器​​

​​第2章 激光器分类​​

​​2.1 按照按照增益介质​​

​​2.2 按照输出功率​​

​​2.3 按输出波长​​

​​2.4 按工作方式​​

​​2.5 按脉冲宽度​​

​​后语：​​

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第1章 什么是激光器

激光器——能发射激光的装置。

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。

第2章 激光器分类

2.1 按照按照增益介质

激光器的增益介质包括气体、液体和固体，特定增益介质，它们决定了激光波长、输出功率和应用领域。

气体中具有代表性的是CO2气体激光器，

固体中具有代表性的包括红宝石激光器、半导体激光器、光纤激光器和YAG 激光器等；

液体激光器是利用某些液体（通常是有机溶剂，如染料）作为产生激光的工作务实，发射出激光。

红宝石激光器是一种激光器，工作物质是红宝石棒。在激光器的设想提出不久，红宝石就被首先用来制成了世界上第一台激光器。激光用红宝石晶体的基质是Al2O3，​​晶体​​内掺有约0.05%（重量比）的Cr2O3。其已经成为在医学、工业以及众多科研领域不可或缺的基本仪器设备。

半导体激光器又称​​激光二极管​​​，是用半导体材料作为工作物质的​​激光器​​​。​​半导体二极管​​​激光器是最实用最重要的一类激光器。它体积小、寿命长，并可采用简单的注入电流的方式来泵浦，其工作电压和电流与集成电路兼容，因而可与之单片集成。并且还可以用高达GHz的频率直接进行电流调制以获得高速调制的激光输出。由于这些优点，半导体二极管激光器在激光通信、​​光存储​​、光陀螺、激光打印、测距以及雷达等方面得到了广泛的应用。

光纤激光器（Fiber Laser）是指用掺​​稀土元素​​​玻璃光纤作为增益介质的激光器，光纤激光器可在​​光纤放大器​​​的基础上开发出来：在泵浦光的作用下光纤内极易形成高​​功率密度​​​，造成激光工作物质的激光能级“​​粒子数反转​​”，当适当加入正反馈回路（构成谐振腔）便可形成激光振荡输出。

YAG激光器

最广泛的固体激光器。

2.2 按照输出功率

通常，可以分为低功率（1000W以下）、中功率（1000-3000W）、高功率（3000W 以上）；

但有时也将100-1.5KW 范围内定义为中功率。

但不同厂家定义的功率区段也有所差别，行业内也并无一个统一的规范。

不同功率的激光器适应的应用场景不同。

2.3 按输出波长

按输出波长，可分为可见紫外激光器（紫光）、光激光器（白光）、红外激光器（红光）等。

复色光中有着各种​​波长​​​（或​​频率​​​）的​​光​​​，这些光在​​介质​​​中有着不同的​​折射率​​​。因此，当复色光通过具有一定几何外形的介质（如​​三棱镜​​​）之后，波长不同的光线会因出射角的不同而发生​​色散​​​现象，投映出连续的或不连续的彩色光带。这个原理亦被应用于著名的​​太阳​​​光的色散实验。​​太阳​​​光呈现​​白​​​色，当它通过三棱镜折射后，将形成由​​红​​、​​橙​​、​​黄​​、​​绿​​、​​蓝​​、​​靛​​、​​紫​​顺次连续分布的彩色光谱，覆盖了大约在390到770纳米的可见光区。

不同结构的物质可吸收的光波长范围不同。

例如金属对近红外光吸收率较高。

非金属对CO2激光器发出的波长（10.6um）有更好的吸收。

2.4 按工作方式

可分为连续激光器和脉冲激光器。

连续激光器可以在较长一段时间内连续输出，工作稳定、热效应高。

脉冲激光器以脉冲形式输出，主要特点是峰值功率高、热效应小；

、、

2.5 按脉冲宽度

脉冲宽度的定义是：光信号持续的时间。

根据脉冲时间长度，脉冲激光器可进一步分为毫秒、微秒、纳秒、皮秒和飞秒，

其中飞秒激光是人类目前在实验室条件下所能获得最短脉冲的技术手段。

它是一种以脉冲形式运转的激光，持续时间非常短，只有几个飞秒，一飞秒就是10的负15次方秒，也就是1/1000万亿秒，它比利用电子学方法所获得的最短脉冲要短几千倍。这是飞秒激光的第一个特点。

飞秒激光的第二个特点是具有非常高的瞬时功率，可达到百万亿瓦，比全世界发电总功率还要多出百倍。

飞秒激光的第三个特点是，它能聚焦到比头发的直径还要小的空间区域，使电磁场的强度比原子核对其周围电子的作用力还要高数倍。

一般而言，脉冲时间越短，单一脉冲能量越高、脉冲宽度越窄、加工精度越高。

后语：

从增益介质来看，光纤激光器是大势所；

从输出功率来看，大功率成为群雄角逐的焦点；

从工作方式来看，连续和脉冲各显神通；脉冲根据前景。

从激光波长来看，可调谐性决定适用广度。