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激光器的分類

閱讀:714        發(fā)布時(shí)間:2016-12-27

激光器的種類是很多的。下面,將分別從激光工作物質(zhì)、激勵(lì)方式、運(yùn)轉(zhuǎn)方式、輸出波長(zhǎng)范圍等幾個(gè)方面進(jìn)行分類介紹。

按工作物質(zhì)分類

根據(jù)工作物質(zhì)物態(tài)的不同可把所有的激光器分為以下幾大類:①固體激光器(晶體和玻璃),這類激光器所采用的工作物質(zhì),是通過(guò)把能夠產(chǎn)生受激輻射作用的金屬離子摻入晶體或玻璃基質(zhì)中構(gòu)成發(fā)光中心而制成的;②氣體激光器,它們所采用的工作物質(zhì)是氣體,并且根據(jù)氣體中真正產(chǎn)生受激發(fā)射作用之工作粒子性質(zhì)的不同,而進(jìn)一步區(qū)分為原子氣體激光器、離子氣體激光器、分子氣體激光器、準(zhǔn)分子氣體激光器等;③液體激光器,這類激光器所采用的工作物質(zhì)主要包括兩類,一類是有機(jī)熒光染料溶液,另一類是含有稀土金屬離子的無(wú)機(jī)化合物溶液,其中金屬離子(如Nd)起工作粒子作用,而無(wú)機(jī)化合物液體(如SeOCl)則起基質(zhì)的作用;④半導(dǎo)體激光器,這類激光器是以一定的半導(dǎo)體材料作工作物質(zhì)而產(chǎn)生受激發(fā)射作用,其原理是通過(guò)一定的激勵(lì)方式(電注入、光泵或高能電子束注入),在半導(dǎo)體物質(zhì)的能帶之間或能帶與雜質(zhì)能級(jí)之間,通過(guò)激發(fā)非平衡載流子而實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn),從而產(chǎn)生光的受激發(fā)射作用;⑤自由電子激光器,這是一種特殊類型的新型激光器,工作物質(zhì)為在空間周期變化磁場(chǎng)中高速運(yùn)動(dòng)的定向自由電子束,只要改變自由電子束的速度就可產(chǎn)生可調(diào)諧的相干電磁輻射,原則上其相干輻射譜可從X射線波段過(guò)渡到微波區(qū)域,因此具有很誘人的前景。

氣體激光器  

介質(zhì)是氣體的激光器,此種激光器通過(guò)放電得到激發(fā)。

氦氖激光器:zui重要的紅光放射源(632.8 nm)。

二氧化碳激光器:波長(zhǎng)約10.6 μm(紅外線),重要的工業(yè)激光。

一氧化碳激光器:波長(zhǎng)約6-8 μm(紅外線),只在冷卻的條件下工作。

氮?dú)饧す馄鳎?37.1 nm (紫外線)。

氬離子激光器:具有多個(gè)波長(zhǎng),457.9 nm (8%)丶476.5 nm (12%)丶488.0 nm (20%)丶496.5 nm (12%)丶501.7 nm (5%)丶514.5 nm (43%)(由藍(lán)光到綠光)。

氦鎘激光器:zui重要的藍(lán)光(442nm)和近紫外激光源(325nm)。

氪離子激光器:具有多個(gè)波長(zhǎng),350.7nm丶356.4nm丶476.2nm丶482.5nm丶520.6nm丶530.9nm丶586.2nm丶647.1nm (zui強(qiáng))丶676.4nm丶752.5nm丶799.3nm (從藍(lán)光到深紅光)。

氧離子激光器

氙離子激光器

混合氣體激光器:不含純氣體,而是幾種氣體的混合物(一般為氬丶氪等)。

準(zhǔn)分子激光器:比如KrF (248 nm)丶XeF (351-353 nm)丶ArF (193 nm)丶XeCl (308 nm)丶F2 (157 nm) (均為紫外線)。

金屬蒸汽激光器:比如銅蒸汽激光器,波長(zhǎng)介於510.6-578.2 nm之間。由於很好的加強(qiáng)性,可以不用諧振鏡。

金屬鹵化物激光器:比如溴化銅激光器,波長(zhǎng)介於510.6-578.2 nm之間。由於很好的加強(qiáng)性,可以不用諧振鏡。

化學(xué)激發(fā)激光器是一種特殊的形式。激發(fā)通過(guò)媒介中的化學(xué)反應(yīng)來(lái)進(jìn)行。媒介是一次性的,使用後就被消耗掉了。對(duì)於高功率的條件及軍事領(lǐng)域是非常理想的。

鹽酸激光器

碘激光器

固體激光器  

介質(zhì)是固體的激光器,此種工作物質(zhì)通過(guò)燈丶半導(dǎo)體激光器陣列丶其他激光器光照泵浦得到激發(fā)。熱透鏡效應(yīng)是大多數(shù)固體激光器的一項(xiàng)缺陷。

紅寶石激光器:世界上*臺(tái)激光器,1960年7月7日,美國(guó)青年科學(xué)家梅曼宣布世界上*臺(tái)激光器由誕生,這臺(tái)激光器就是紅寶石激光器。

Nd:YAG(摻釹釔鋁石榴石):zui常用的固體激光器,工作波長(zhǎng)一般為1064nm,這一波長(zhǎng)為四能級(jí)系統(tǒng),還有其他能級(jí)可以輸出其他波長(zhǎng)的激光。

Nd:YVO4(摻釹釩酸釔):低功率應(yīng)用zui廣泛的固體激光器,工作波長(zhǎng)一般為1064nm,可以通過(guò)KTP,LBO非線性晶體倍頻後產(chǎn)生532nm綠光的激光器。

Yb:YAG(摻鐿釔鋁石榴石):適用於高功率輸出,這種材料的碟片激光器在激光工業(yè)加工領(lǐng)域有很強(qiáng)優(yōu)勢(shì)。

鈦藍(lán)寶石激光器:具有較寬的波長(zhǎng)調(diào)節(jié)范圍(670nm~1200nm)

按激勵(lì)方式分類

①光泵式激光器。指以光泵方式激勵(lì)的激光器,包括幾乎是全部的固體激光器和液體激光器,以及少數(shù)氣體激光器和半導(dǎo)體激光器。②電激勵(lì)式激光器。大部分氣體激光器均是采用氣體放電(直流放電、交流放電、脈沖放電、電子束注入)方式進(jìn)行激勵(lì),而一般常見(jiàn)的半導(dǎo)體激光器多是采用結(jié)電流注入方式進(jìn)行激勵(lì),某些半導(dǎo)體激光器亦可采用高能電子束注入方式激勵(lì)。③化學(xué)激光器。這是專門指利用化學(xué)反應(yīng)釋放的能量對(duì)工作物質(zhì)進(jìn)行激勵(lì)的激光器,反希望產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)可分別采用光照引發(fā)、放電引發(fā)、化學(xué)引發(fā)。④核泵浦激光器。指專門利用小型核裂變反應(yīng)所釋放出的能量來(lái)激勵(lì)工作物質(zhì)的一類特種激光器,如核泵浦氦氬激光器等。

按運(yùn)轉(zhuǎn)方式分類

由于激光器所采用的工作物質(zhì)、激勵(lì)方式以及應(yīng)用目的的不同,其運(yùn)轉(zhuǎn)方式和工作狀態(tài)亦相應(yīng)有所不同,從而可區(qū)分為以下幾種主要的類型。①連續(xù)激光器,其工作特點(diǎn)是工作物質(zhì)的激勵(lì)和相應(yīng)的激光輸出,可以在一段較長(zhǎng)的時(shí)間范圍內(nèi)以連續(xù)方式持續(xù)進(jìn)行,以連續(xù)光源激勵(lì)的固體激光器和以連續(xù)電激勵(lì)方式工作的氣體激光器及半導(dǎo)體激光器,均屬此類。由于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中往往不可避免地產(chǎn)生器件的過(guò)熱效應(yīng),因此多數(shù)需采取適當(dāng)?shù)睦鋮s措施。②單次脈沖激光器,對(duì)這類激光器而言,工作物質(zhì)的激勵(lì)和相應(yīng)的激光發(fā)射,從時(shí)間上來(lái)說(shuō)均是一個(gè)單次脈沖過(guò)程,一般的固體激光器、液體激光器以及某些特殊的氣體激光器,均采用此方式運(yùn)轉(zhuǎn),此時(shí)器件的熱效應(yīng)可以忽略,故可以不采取特殊的冷卻措施。③重復(fù)脈沖激光器,這類器件的特點(diǎn)是其輸出為一系列的重復(fù)激光脈沖,為此,器件可相應(yīng)以重復(fù)脈沖的方式激勵(lì),或以連續(xù)方式進(jìn)行激勵(lì)但以一定方式調(diào)制激光振蕩過(guò)程,以獲得重復(fù)脈沖激光輸出,通常亦要求對(duì)器件采取有效的冷卻措施。④調(diào)激光器,這是專門指采用一定的 開(kāi)關(guān)技術(shù)以獲得較高輸出功率的脈沖激光器,其工作原理是在工作物質(zhì)的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)形成后并不使其產(chǎn)生激光振蕩 (開(kāi)關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)),待粒子數(shù)積累到足夠高的程度后,突然瞬時(shí)打開(kāi) 開(kāi)關(guān),從而可在較短的時(shí)間內(nèi)(例如10~10秒)形成十分強(qiáng)的激光振蕩和高功率脈沖激光輸出(見(jiàn)技術(shù)'" class=link>激光調(diào) 技術(shù))。⑤鎖模激光器,這是一類采用鎖模技術(shù)的特殊類型激光器,其工作特點(diǎn)是由共振腔內(nèi)不同縱向模式之間有確定的相位關(guān)系,因此可獲得一系列在時(shí)間上來(lái)看是等間隔的激光超短脈沖(脈寬10~10秒)序列,若進(jìn)一步采用特殊的快速光開(kāi)關(guān)技術(shù),還可以從上述脈沖序列中選擇出單一的超短激光脈沖(見(jiàn)激光鎖模技術(shù))。⑥單模和穩(wěn)頻激光器,單模激光器是指在采用一定的限模技術(shù)后處于單橫模或單縱模狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)的激光器,穩(wěn)頻激光器是指采用一定的自動(dòng)控制措施使激光器輸出波長(zhǎng)或頻率穩(wěn)定在一定精度范圍內(nèi)的特殊激光器件,在某些情況下,還可以制成既是單模運(yùn)轉(zhuǎn)又具有頻率自動(dòng)穩(wěn)定控制能力的特種激光器件(見(jiàn)激光穩(wěn)頻技術(shù))。⑦可調(diào)諧激光器,在一般情況下,激光器的輸出波長(zhǎng)是固定不變的,但采用特殊的調(diào)諧技術(shù)后,使得某些激光器的輸出激光波長(zhǎng),可在一定的范圍內(nèi)連續(xù)可控地發(fā)生變化,這一類激光器稱為可調(diào)諧激光器(見(jiàn)激光調(diào)諧技術(shù))。

按輸出波段范圍分類

根據(jù)輸出激光波長(zhǎng)范圍之不同,可將各類激光器區(qū)分為以下幾種。①遠(yuǎn)紅外激光器,輸出波長(zhǎng)范圍處于25~1000微米之間, 某些分子氣體激光器以及自由電子激光器的激光輸出即落入這一區(qū)域。②中紅外激光器,指輸出激光波長(zhǎng)處于中紅外區(qū)(2.5~25微米)的激光器件,代表者為CO分子氣體激光器(10.6微米)、 CO分子氣體激光器(5~6微米)。③近紅外激光器,指輸出激光波長(zhǎng)處于近紅外區(qū)(0.75~2.5微米)的激光器件,代表者為摻釹固體激光器(1.06微米)、CaAs半導(dǎo)體二極管激光器(約0.8微米)和某些氣體激光器等。④可見(jiàn)激光器,指輸出激光波長(zhǎng)處于可見(jiàn)光譜區(qū)(4000~7000?;?.4~0.7微米)的一類激光器件,代表者為紅寶石激光器 (6943埃)、 氦氖激光器(6328埃)、氬離子激光器(4880埃、5145埃)、氪離子激光器(4762埃、5208埃、5682埃、6471埃)以及一些可調(diào)諧染料激光器等。⑤近紫外激光器,其輸出激光波長(zhǎng)范圍處于近紫外光譜區(qū)(2000~4000埃),代表者為氮分子激光器(3371埃)氟化氙(XeF)準(zhǔn)分子激光器(3511埃、3531埃)、 氟化氪(KrF)準(zhǔn)分子激光器(2490埃)以及某些可調(diào)諧染料激光器等。⑥真空紫外激光器,其輸出激光波長(zhǎng)范圍處于真空紫外光譜區(qū)(50~2000埃)代表者為(H)分子激光器 (1644~1098埃)、氙(Xe)準(zhǔn)分子激光器(1730埃)等。⑦X射線激光器, 指輸出波長(zhǎng)處于X射線譜區(qū)(0.01~50埃)的激光器系統(tǒng),目前軟X 射線已研制成功,但仍處于探索階段。

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