固體激光器特點(diǎn)

 

　　固體激光器具有體積小、使用方便、輸出功率大的特點(diǎn)。固體激光器一般連續(xù)功率在100瓦以上，脈沖峰值功率可高達(dá)109 W。但由于工作介質(zhì)的制備較復(fù)雜，所以價(jià)格較貴。[

 

　　在激光器中以固體激光器發(fā)展最早，這種激光器體積小，輸出功率大，應(yīng)用方便。由于工作物質(zhì)很復(fù)雜，造價(jià)高。當(dāng)今用于固體激光器的物質(zhì)主要有三種：摻釹鋁石榴石（Nd：YAG）工作物質(zhì)，輸出的波長(zhǎng)為1.06μm呈白藍(lán)色光；釹玻璃工作物質(zhì)，輸出波長(zhǎng)1.06μm呈紫藍(lán)色光；紅寶石工作物質(zhì)，輸出波長(zhǎng)為694.3nm，為紅色光。主要用光泵的作用，產(chǎn)生光放大，發(fā)出激光，即光激勵(lì)工作物質(zhì)。

 

　　固定激光器的結(jié)構(gòu)由三個(gè)主要部分組成：工作物質(zhì)，光學(xué)諧振腔、激勵(lì)源。聚光腔是使光源發(fā)出的光都會(huì)聚于工作物質(zhì)上。工作物質(zhì)吸收足夠大的光能，激發(fā)大量的粒子，促成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。當(dāng)增益大于諧振腔內(nèi)的損耗時(shí)產(chǎn)生腔內(nèi)振蕩并由部分反射鏡一端輸出一束激光。工作物質(zhì)有2條主要作用：一是產(chǎn)生光；二是作為介質(zhì)傳播光束。因此，不管哪一種激光器，對(duì)其發(fā)光性質(zhì)及光學(xué)性質(zhì)都有一定要求。

 

　　固體激光器特點(diǎn)

 

　　這是一類以固態(tài)基質(zhì)中摻入少量激活元素為工作物質(zhì)的激光器。“固態(tài)基質(zhì)”包括絕緣體和半導(dǎo)體，但半導(dǎo)體激光器通常都不被列入固體激光器中而需要單獨(dú)介紹。用作基質(zhì)的絕緣體主要有剛玉、石榴石晶體及各種玻璃，而最常見的激活離子則為釹等所謂稀土元素離子。例如，世界上第一臺(tái)激光器所用工作物質(zhì)紅寶石，就是摻入極少量鉻離子的剛玉。

 

　　由于紅寶石激光器是最早發(fā)明的激光器，所以，激光的很多早期應(yīng)用都與其有關(guān)。但隨著性能更好的激光工作物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)，紅寶石激光器在許多領(lǐng)域的應(yīng)用都被這些激光器所取代。目前這種器件最重要的應(yīng)用是全息術(shù)。此外，還可用于測(cè)量等離子中電子的密度和溫度等參量。

 

　　以摻有一定量釹離子（Nd3+）的釔鋁石榴石（YAG）晶體或玻璃為工作物質(zhì)的激光器分別稱為摻釹釔鋁石榴石（Nd∶YAG）激光器和釹玻璃激光器。前者輸出1.064微米的近紅外輻射，而后者的波長(zhǎng)范圍為1.054～1.062微米。Nd∶YAG晶體具有好的光學(xué)質(zhì)量和高的熱導(dǎo)率，這使它可以在較高的重復(fù)頻率下工作。最近幾年發(fā)展起來(lái)的二極管泵浦技術(shù)使Nd∶YAG激光器的能量轉(zhuǎn)換效率大大提高，結(jié)構(gòu)更加緊湊。激光器的輸出功率和能量主要受工作物質(zhì)尺寸的限制，晶體的長(zhǎng)度典型情況下在0.1米左右，而直徑一般不超過12毫米。與此相比，釹玻璃的尺寸則大得多，目前已生產(chǎn)出長(zhǎng)2米、直徑75毫米的棒材和直徑0.9米、厚50毫米的圓片。這種材料的主要缺點(diǎn)是導(dǎo)熱性較差，因而只能以低重復(fù)頻率工作。例如，美國(guó)前不久建造的一臺(tái)大型釹玻璃激光器，每個(gè)脈沖的輸出能量達(dá)1萬(wàn)焦，峰值功率在1013瓦以上，但其重復(fù)頻率是每天只有幾個(gè)脈沖。

 

　　摻釹激光器是當(dāng)前應(yīng)用最廣的固體器件之一，主要用于各種材料的加工，如打孔、點(diǎn)焊、激光標(biāo)刻及集成電路中厚膜、薄膜電路的加工制造、冗余修復(fù)等；在醫(yī)療上則可用于多種外科手術(shù)；軍事上，Nd∶YAG激光器被廣泛應(yīng)用于激光測(cè)距機(jī)、目標(biāo)指示器和激光雷達(dá)；將高功率激光束聚焦到靶上產(chǎn)生的高溫等離子體可輻射X射線和軟X射線譜；大型激光系統(tǒng)可用于慣性約束核聚變；倍頻后的綠光和紫外輻射則是可調(diào)諧染料激光器的理想泵浦源。