YAG激光器原理

Nd-YAG陶瓷激光器原理、性能与应用

1 前言

固体激光器是最重要的一种激光器，不但激活离子密度大，振荡频带宽，能产生谱线窄的光脉冲，而且具有良好的机械性能和稳定的化学性能。其体积小、效率高、性能稳定等特点使其成为当前光电子技术领域的一个研究热点。对于固体激光器来说有3种重要的激光介质：单晶、玻璃和陶瓷。

单晶工作物质的激光器体积小，性能可靠、稳定，并适用于各种连续和脉冲激光器件。但提拉法生长单晶由于其生长周期长、价格昂贵、尺寸小及掺杂浓度低，使其性能和应用范围受到限制。

多年来材料科学工作者一直试图用玻璃、微晶玻璃、多晶陶瓷作为激光工作物质来替代单晶。激光玻璃的突出优点是制备成本低，易实现大尺寸以及高的光学均匀性，但是，玻璃的热导率[一般低于1 W/(m?K)]远低于绝大多数激光晶体的，导致激光玻璃在以高平均功率工作时，材料内部产生大的热致双折射和光学畸变；这一点在强激光领域应用时表现得尤其突出，而且其激光效率与单晶材料相比也较低。而且玻璃的硬度不够高、荧光线宽较宽和激光振荡阈值较高，不利于作为高性能的激光材料。

激光透明陶瓷具有很多单晶和玻璃所不具备的优点：和单晶相比，透明陶瓷具有掺杂浓度高，掺杂均匀性好，烧结温度低，周期短，成本低，质

Nd-YAG陶瓷激光器原理、性能与应用

1 前言

固体激光器是最重要的一种激光器，不但激活离子密度大，振荡频带宽，能产生谱线窄的光脉冲，而且具有良好的机械性能和稳定的化学性能。其体积小、效率高、性能稳定等特点使其成为当前光电子技术领域的一个研究热点。对于固体激光器来说有3种重要的激光介质：单晶、玻璃和陶瓷。

单晶工作物质的激光器体积小，性能可靠、稳定，并适用于各种连续和脉冲激光器件。但提拉法生长单晶由于其生长周期长、价格昂贵、尺寸小及掺杂浓度低，使其性能和应用范围受到限制。

多年来材料科学工作者一直试图用玻璃、微晶玻璃、多晶陶瓷作为激光工作物质来替代单晶。激光玻璃的突出优点是制备成本低，易实现大尺寸以及高的光学均匀性，但是，玻璃的热导率[一般低于1 W/(m?K)]远低于绝大多数激光晶体的，导致激光玻璃在以高平均功率工作时，材料内部产生大的热致双折射和光学畸变；这一点在强激光领域应用时表现得尤其突出，而且其激光效率与单晶材料相比也较低。而且玻璃的硬度不够高、荧光线宽较宽和激光振荡阈值较高，不利于作为高性能的激光材料。

激光透明陶瓷具有很多单晶和玻璃所不具备的优点：和单晶相比，透明陶瓷具有掺杂浓度高，掺杂均匀性好，烧结温度低，周期短，成本低，质

Nd:YAG激光倍频特性

实验目的：1. 了解二次非线性光学效应 2. 了解二倍频晶体中相位匹配 实验原理： 当强光与物质作用后，表征光学的许多参量如折射率、吸收系数、散射截面等不再是常数，而是一个与入射光有关的变量，相应也出现了在线性光学中观察不到的许多新的光学现象，非线性光学的产生与研究大大加深了我们对光与物质相互作用本质的认识，同时也具有极其重要的实用价值。 1. 光学倍频 光学倍频又称二次谐波，指在非线性介质中传播频率为ν的激光，其中一部分能量转换到频率为2ν的光波中去，使在介质中传播的有频率为ν和2ν两种光波。 从量化概念来说，这相当于两个光子在非线性介质内发生湮灭，并产生倍频光子的现象。在倍频过程中满足能量守恒何动量守恒定律。 2. 二次谐波的效率

由基波的能量（功率）转换成二次谐波的能量（功率）的比值，反映了介质的二次谐波效率，为：

??I2?I?

常用二次谐波非线性材料有KDP倍频晶体和KTP倍频晶体等。KTP晶体性能优于KDP晶体，非线性系数是后者的15倍，光损伤阈值也高（大于400mW/cm2）。 3. 相位匹配

相位匹配物理实质是：基频光在晶体中沿途各点激发的倍频光，在出射面产生干涉，只有相位匹配时才可干涉

Nd:YAG激光倍频特性

实验目的：1. 了解二次非线性光学效应 2. 了解二倍频晶体中相位匹配 实验原理： 当强光与物质作用后，表征光学的许多参量如折射率、吸收系数、散射截面等不再是常数，而是一个与入射光有关的变量，相应也出现了在线性光学中观察不到的许多新的光学现象，非线性光学的产生与研究大大加深了我们对光与物质相互作用本质的认识，同时也具有极其重要的实用价值。 1. 光学倍频 光学倍频又称二次谐波，指在非线性介质中传播频率为ν的激光，其中一部分能量转换到频率为2ν的光波中去，使在介质中传播的有频率为ν和2ν两种光波。 从量化概念来说，这相当于两个光子在非线性介质内发生湮灭，并产生倍频光子的现象。在倍频过程中满足能量守恒何动量守恒定律。 2. 二次谐波的效率

由基波的能量（功率）转换成二次谐波的能量（功率）的比值，反映了介质的二次谐波效率，为：

??I2?I?

常用二次谐波非线性材料有KDP倍频晶体和KTP倍频晶体等。KTP晶体性能优于KDP晶体，非线性系数是后者的15倍，光损伤阈值也高（大于400mW/cm2）。 3. 相位匹配

相位匹配物理实质是：基频光在晶体中沿途各点激发的倍频光，在出射面产生干涉，只有相位匹配时才可干涉

激 光器的原理及应用

激光原理

内容概要第一章：概述激光器基本原理 第二章：开放式光谐振腔理论 与高斯光束 第四章：阐明光和物质相互作用的基本物理过程 第五章、第六章：激光振荡和放大理论 第七章：介绍控制和改善激光器特性的基本技术 第九章：介绍典型激光器的工作原理及特性

目标对激光技术中的物理问题有较系统全面的认识；建立正确的基本概念； 掌握一定的有关激光器技术方面的知识。

激光原理 . 绪论

绪一、激光的特性1. 方向性好

论

2. 单色性好

激光原理 . 绪论

激光原理 . 绪论

3. 能量集中空间高度集中：亮度比太阳表面高 1010 倍。 时间高度集中：功率峰值为 1012 瓦。 4. 相干性好

二、激光的应用1. 工业应用 精密测量(距离、位移)

激光原理 . 绪论

激光加工(切割、焊接、打孔、雕刻)光谱分析 2. 医学应用 眼科

普通外科牙科 皮肤科

激光原理 . 绪论

3. 军事应用 激光测距 激光制导 激光侦察 大气激光通信

激光原理 . 绪论

激光武器

激光原理 . 绪论

4. 日常应用 激光打印机 激光防伪CD/VCD 电脑光驱 激光霓虹灯 条形码扫描器

激光原理 . 绪论

激光原理 . 绪论

5. 通信领域的应用 (1)空间激光通信

激光原理 . 绪论

(2)光纤通信光纤

光纤激光器与不同激光器的比较

光纤机和YAG固体激光机及其它激光器工作原理区别

YAG激光熟称红宝石固体激光，光纤则是另外一种高端产品。 不管是YAG激光还是光纤激光焊接原理都一样，主要是发生器不一样。

光纤激光器是把泵浦物质掺入到光纤中，由半导体激光器发出的特定的波长的激光耦合后。使光纤产生激光，光纤激光的优点是模式好，利于焊接。光电转换率高可以达到二氧化碳激光（CO2)的两倍。而且在焊接的时候有优势，因为光纤激光器发出的光是1070纳米的波长 所以吸收率更高。

其半导体泵浦光纤激光器和光纤传导直接半导体管激光器系列，包括1Kw以上的单模激光器、高达50 kW的多模激光器、25 kW 调Q脉冲激光器以及高达10 kW的直接半导体激光器。

所有光纤激光器都具有性能可靠、结构紧凑、半导体泵浦源寿命长、免维护、电光转换效率最高、以及在全功率范围内，光束发散角和光束质量完全保持一致等特点。 光纤激光机可用于微电子、印刷、汽车、医疗设备、造船、航空等诸多行业，可加工材料涵盖从心脏支架和计算机存储芯片的微机械加工，直到厚管壁的深熔焊。

使用操作灵活，是光纤激光器最具革命性的特

光纤激光器与不同激光器的比较

光纤机和YAG固体激光机及其它激光器工作原理区别

YAG激光熟称红宝石固体激光，光纤则是另外一种高端产品。 不管是YAG激光还是光纤激光焊接原理都一样，主要是发生器不一样。

光纤激光器是把泵浦物质掺入到光纤中，由半导体激光器发出的特定的波长的激光耦合后。使光纤产生激光，光纤激光的优点是模式好，利于焊接。光电转换率高可以达到二氧化碳激光（CO2)的两倍。而且在焊接的时候有优势，因为光纤激光器发出的光是1070纳米的波长 所以吸收率更高。

其半导体泵浦光纤激光器和光纤传导直接半导体管激光器系列，包括1Kw以上的单模激光器、高达50 kW的多模激光器、25 kW 调Q脉冲激光器以及高达10 kW的直接半导体激光器。

所有光纤激光器都具有性能可靠、结构紧凑、半导体泵浦源寿命长、免维护、电光转换效率最高、以及在全功率范围内，光束发散角和光束质量完全保持一致等特点。 光纤激光机可用于微电子、印刷、汽车、医疗设备、造船、航空等诸多行业，可加工材料涵盖从心脏支架和计算机存储芯片的微机械加工，直到厚管壁的深熔焊。

使用操作灵活，是光纤激光器最具革命性的特

氦氖激光器的结构及原理

1．氦氖激光器的结构

氦氖（He-Ne）激光器的结构一般由放电管和光学谐振腔所组成。激光管的中心是一根毛细玻璃管，称作放电管（直径为1mm左右）；外套为储气部分（直径约45mm）；A是钨棒，作为阳极；K是钼或铝制成的圆筒，作为阴极。壳的两端贴有两块与放电管垂直并相互平行的反射镜，构成平凹谐振腔。两个镜版都镀以多层介质膜，一个是全反射镜，通常镀17层膜。交替地真空蒸氟化镁（MgF2与硫化锌（ZnS）。另一镜作为输出镜，通常镀7层或9层膜（由最佳透过率决定）。毛细管内充入总气压约为2Torr（托）的He、Ne混合气体，其混合气压比为5：1－7：1左右。内腔管结构紧凑，使用方便，所以应用比较广泛。但有时为了特殊的需要也常选用全外腔式或半外腔式。全外腔式的放电管和镜片是完全分离的，半外腔式是上两种形式的结合。外腔式和半外腔式都需要粘贴布儒斯特片，窗片法线与激光光轴有一夹角，应等于布儒斯特角θ：θ=tg-1n , K8玻璃对632.8nm激光 n=1.5159；θ=56°35＇；熔融石英 n=1.46；θ=55°36＇。因此，全外腔式和半外腔式激光器输出的光束是电矢量平行于入射面的线偏振光。

2．氦氖激光器激发机理

氦氖

编号

湖北第二师范学院激光原理期末考试论文

红宝石激光器原理及应用

教学学院 物理与电子信息学院 届 别 2010届 专 业 物理学 学 号 1050710027 姓 名 袁亚丽 指导老师 郑秋莎 完成日期 2013.6.10

目 录

1 引用........................................................................................................ 1 2 激光与激光器........................................................................................ 3 2.1 2.2

激光...............................................................

锁模激光器的工作原理及其特性

摘要： 本文主要介绍了锁模的基本原理和实现方法，并简单介绍了锁模激光器。 关键词：锁模，速率方程，工作原理

一、引言

如果在激光谐振腔内不加入任何选模装置，那么激光器的输出谱线是由许多分立的，由横纵模确定的频谱组成的。锁模就是将多纵模激光器中各纵模的初相位关系固定,形成等时间间隔的光脉冲序列。使各纵模在时间上同步，频率间隔也保持一定，则激光器将输出脉宽极窄、峰值功率很高的超短脉冲。

二、锁模的概念

一般非均匀加宽激光器，如果不采取特殊选模措施，总是得到多纵模输出。并且，由于空间烧孔效应，均匀加宽激光器的输出也往往具有多个纵模。每个纵模输出的电场分量可用下式表示

Eq(z,t)?Eqei[?q(t-z?)??q] （2.1）

式中，Eq、?q、?q为第q个模式的振幅、角频率及初相位。各个模式的初相位?q无确定关系，各个模式互不相干，因而激光输出是它们的无规叠加的结果，输出强度随时间无规则起伏。但如果使各振荡模式的频率间隔保持一定，并具有确定的相位关系，则激光器将输出一列时间间隔一定的超短脉冲。这种激光器称为锁模激光器。

假设只有相邻两纵模振荡，它们的角频率差

?q-?q-1??cL