激光器件實(shí)習(xí)報(bào)告

1、學(xué) 院： * 專 業(yè): * 班 級(jí)： * 姓 名： * 學(xué) 號(hào)： * 指導(dǎo)老師： * 設(shè)計(jì)日期：2013年*月*日至2013年*月*日 激光器英文名稱：Laser（Light amplification by the stimulated emission of radiation). 激光器是能發(fā)射激光的裝置。1954年制成了第一臺(tái)微波量子放大器，獲得了高度相干的微波束。1958年A.L.肖洛和C.H.湯斯把微波量子放大器原理推廣應(yīng)用到光頻范圍，1960年T.H.梅曼等人制成了第一臺(tái)紅寶石激光器。1961年A.賈文等人制成了氦氖激光器。1962年R.N.霍耳等人創(chuàng)制了砷化鎵半導(dǎo)體激光器。以后

2、，激光器的種類就越來(lái)越多。激光器是利用受激輻射原理使光在某些受激發(fā)的物質(zhì)中放大或振蕩發(fā)射的器件。 激光器原理 ：是利用受激輻射原理使光在某些受激發(fā)的物質(zhì)中放大或振蕩發(fā)射的器件。 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。 激光器可以分為：一：按物質(zhì)分類，二：按激勵(lì)方式分類，三：按運(yùn)轉(zhuǎn)方式分類，四：按輸出波段范圍分類。 一：按物質(zhì)可以分為，固體激光器 氣體激光器 液體激光器 半導(dǎo)體激光器 自由電子激光器 。 二：按激勵(lì)方式可以分為：光泵式激光器 電激勵(lì)式激光器 化學(xué)激光器 核泵浦激光器。 三： 按運(yùn)轉(zhuǎn)方式可以分為：連續(xù)激光器 單次脈

3、沖激光器 重復(fù)脈沖激光器調(diào)激光器 鎖模激光器 單模和穩(wěn)頻激光器 可調(diào)諧激光器， 四：按輸出波段可以分為：遠(yuǎn)紅外激光器 中紅外激光器 近紅外激光器可見(jiàn)激光器 近紫外激光器 真空紫外激光器 X射線激光器一：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：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；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；液體激光器，這類激

4、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；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；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

5、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。二、按激勵(lì)方式分類光泵式激光器。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。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)?；瘜W(xué)激光器。這是專門(mén)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)。核泵浦激光器。指專門(mén)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

6、特種激光器，如核泵浦氦氬激光器等。三、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。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。 激光器的性能特點(diǎn)及主要用途：固體激光器： （1） 紅寶石激光器（ Cr 3+ : Al 2 O3 ） 紅寶石是由藍(lán)寶石（ Al2O3 ）中摻入少量的氧化鉻（Cr3O2）而形成。紅寶石激光器的工作物質(zhì)是

7、Cr 3+ : Al2O3 ，其中， Al2O3 作為基質(zhì)晶體， Cr 3+ 是發(fā)光的激活粒子，光譜特性與 Cr3+ 的能級(jí)結(jié)構(gòu)有關(guān)，它是三能級(jí)系統(tǒng)。在室溫情況下， 紅寶石激光器一般輸出 694.3nm 的紅光。工作物質(zhì)：Cr 3+ : Al2O3，Al2O3作為基質(zhì)晶體，Cr3+是發(fā)光的激活粒子泵浦方式：用氙燈照射能級(jí)結(jié)構(gòu)：紅寶石晶體中原來(lái)處于基態(tài)E1的粒子，吸收了氙燈發(fā)射的光子而被激發(fā)到E3能級(jí)。輸出波長(zhǎng)：694.3nm （紅光）主要用途：波長(zhǎng)694nm的激光能被黑色素選擇性吸收，而血紅蛋白對(duì)該波長(zhǎng)幾乎不吸收，調(diào)Q脈沖紅寶石激光被黑色素選擇性吸收的特性使其成為去除紋身最好的激光器。與對(duì)組織

8、灼燒炭化的治療機(jī)理不同，調(diào)Q脈沖高能量瞬間作用于皮損部位使色素團(tuán)塊被擊碎成為細(xì)小的顆粒，細(xì)小的色素顆粒通過(guò)人體自身免疫系統(tǒng)被巨嗜細(xì)胞吞噬，從而達(dá)到治療目的，因此紅寶石治療色素病變不會(huì)產(chǎn)生疤痕，是一種安全有效的治療手段。我國(guó)天津大學(xué)研制的TD-98型調(diào)Q紅寶石激光治療儀，激光脈沖小于30ns，輸出峰值功率可達(dá)100兆瓦。可以治療各種色素病變，尤其是治療紋身和胎記的效果非常好。非調(diào)Q紅寶石激光去除毛發(fā)具有良好的療效，尤其在歐美用激光去除毛發(fā)受到重視。1997年美國(guó)FDA已批準(zhǔn)幾種以紅寶石激光為基礎(chǔ)的系統(tǒng)用于去毛發(fā)應(yīng)用。性能特點(diǎn)：紅寶石激光器的有一些非常突出的優(yōu)點(diǎn)：機(jī)械強(qiáng)度好，高功率密度，大尺寸晶體

9、，亞穩(wěn)態(tài)壽命長(zhǎng)，高能量單模輸出。當(dāng)然也有一些很明顯的缺點(diǎn)：閾值高，溫度效應(yīng)明顯。所以只能在低溫下連續(xù)與高重復(fù)率運(yùn)行。（2）摻釹釔鋁石榴石激光器 Nd 3+ : YAG 激光器是迄今為止使用最為廣泛的固體激光器。在固體基質(zhì)中摻入了激活粒子 Nd 3+ ，基質(zhì)釔鋁石榴石（英文縮寫(xiě)為 YAG） 具有優(yōu)良的光學(xué)、力學(xué)和熱學(xué)性能，是目前能在室溫下連續(xù)工作的唯 一實(shí)用的固體工作物質(zhì)。在室 溫下， Nd 3+ : YAG 一般輸出的激光波長(zhǎng)為 1.064m。工作物質(zhì)：激活粒子Nd 3+泵浦方式：光照輸出光波：1.064m主要用途：（1）、激光元件加工: 片狀, 方柱, 圓棒, 布儒斯特角端面等, 可按用戶要

10、求加工鍍膜:（2）、不同波長(zhǎng)的Nd:YAG激光器采用連續(xù)、脈沖等方式工作使激光與不同部位的生物組織相互作用,可以獲得良好的療效。醫(yī)用Nd:YAG 激光器在外科手術(shù)、眼科、牙科、口腔科、耳鼻喉科、皮膚科、美容等方面應(yīng)用廣泛,特別是治療皮膚色素性疾病,有創(chuàng)傷小、愈合好、無(wú)疤痕等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。性能特點(diǎn)：YAG 能級(jí)結(jié)構(gòu) Nd 3+ : YAG 激光器幾乎沒(méi)有什么缺點(diǎn)，突出優(yōu)點(diǎn)是閾值低和優(yōu)良 的熱學(xué)性能。目前對(duì) Nd 3+ : YAG 的應(yīng)用遠(yuǎn)超過(guò)其他固體工作物質(zhì)。（3） 摻鉺釔鋁石榴石激光器（Er:YAG） Er : YAG 激光器的出現(xiàn)是激光在醫(yī)療領(lǐng)域的一大突破。它的基本結(jié)構(gòu)與 Nd 3+ : YAG

11、 激光器基本結(jié)構(gòu)相似，通常采用脈沖氙燈泵浦，聚光腔為鍍銀的單橢圓柱腔或雙橢圓柱腔，但是其光學(xué)元件必須與水蒸氣隔離（不隔離激光束將破壞），因此需要將激光器密閉 在干燥的容器之中。其輸出的波長(zhǎng)為 2.94m。現(xiàn)今， Er : YAG 激光器的最大平均功率已達(dá)到3W，最大脈沖輸出 已達(dá)到 5J，是迄今為止輸出功率最大、效率最好的長(zhǎng)波長(zhǎng)固體激光器； 泵浦方式：脈沖氙燈泵浦輸出光波：2.94m主要用途：Er:YAG激光輸出294m的波長(zhǎng),正好與水吸收光譜的峰值吻合,吸收系數(shù)為 13000cm-1,在現(xiàn)有醫(yī)療激光器中為最高。此吸收系數(shù)對(duì)應(yīng)的光學(xué)穿透深度為1m,相比于其他醫(yī)療用激光器而言,穿透深度非常淺,因

12、此十分適合用在眼科、血管等精密醫(yī)療領(lǐng)域。此外,由于Er:YAG激光對(duì)含水組織的破壞屬于水蒸發(fā)所引起的機(jī)械損傷,不會(huì)留下灼傷疤痕,也不會(huì)存在類似準(zhǔn)分子激光器對(duì)細(xì)胞DNA的破壞從而導(dǎo)致基因變異的潛在危險(xiǎn),因此是非常安全實(shí)用的醫(yī)療用激光光源。（4）、可調(diào)諧固體激光器 可調(diào)諧固體激光器的出現(xiàn)可以說(shuō)是固體激光器的重大發(fā)展。它是指在一定范圍內(nèi)，可以連續(xù)改變輸出波長(zhǎng)的固體激光器。我們可以將它分為兩：一類是色心激光器，一類是用摻過(guò)渡族金屬離子的激光晶體制作的可調(diào)諧激光器。色心是晶體中正負(fù)離子缺位引起的缺陷。色心激光器的閾值較低，容易實(shí)現(xiàn)單模運(yùn)轉(zhuǎn)，并且光束質(zhì)量好，特別是調(diào)諧范圍覆蓋 0.83.9m。工作物質(zhì)：正

13、負(fù)離子或過(guò)渡族金屬離子泵浦方式：光照輸出光波：0.83.9m主要用途：國(guó)防應(yīng)用：快速信息獲取和傳遞目標(biāo)指示/測(cè)距，激光雷達(dá)（成像），跟蹤/信標(biāo)，陸海空天通訊武器精確控制激光制導(dǎo)，激光引信，激光干擾/光電對(duì)抗，激光硬殺傷；天文應(yīng)用：自適應(yīng)光學(xué)信標(biāo)空間探測(cè)；能源應(yīng)用：激光慣性約束聚變（IFE）電站；激光投影顯、示大屏幕激光顯示等。 氣體激光器：氣體激光器分為原子氣體激光器、離子氣體激光器、分子氣體激光器和準(zhǔn)分子激光器。它們工作在很寬的波長(zhǎng)范圍，從真空紫外到遠(yuǎn)紅外,既可以連續(xù)方式工作,也可以脈沖方式工作。 （1）原子氣體激光器 包括各種惰性氣體激光器和各種金屬蒸氣激光器，如氦氖激光器和銅蒸氣激光器。

14、其中氦氖激光器是最早研究成功的，并且仍在普遍使用。它的工作物質(zhì)是混有氦的氖。在這種混合氣體中放電，部分氦原子被激發(fā)到亞穩(wěn)激發(fā)態(tài)21S或23S。這部分氦原子與基態(tài)氖原子碰撞時(shí),能導(dǎo)致能量轉(zhuǎn)移激發(fā)，使氖原子處于激發(fā)能級(jí)上，從而實(shí)現(xiàn)氖原子的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。氖原子在諧振腔中通過(guò)受激發(fā)射過(guò)程主要發(fā)出三個(gè)波長(zhǎng)（3.39微米，1.15微米和6328埃）的激光。氦氖激光器輸出的激光功率只有幾毫瓦到100毫瓦，效率約為0.1。但是，氦氖激光器具有單色性好、方向性強(qiáng)、使用簡(jiǎn)便、結(jié)構(gòu)緊湊堅(jiān)固等優(yōu)點(diǎn)，因而在精密測(cè)量、準(zhǔn)直和測(cè)距中得到廣泛的應(yīng)用。激光器名稱：氦氖激光器工作物質(zhì)：氖原子泵浦方式：電刺激能級(jí)結(jié)構(gòu)：四能級(jí)系統(tǒng)

15、輸出光波：它可以在可見(jiàn)光區(qū)及紅外區(qū)中產(chǎn)生多種波長(zhǎng)和激光譜線，主要產(chǎn)生的有632.8nm紅光、和1.15m及3.39m紅外光。632.8nmHe-Ne激光器最大連續(xù)輸出功率可達(dá)到1W，壽命也達(dá)到10Kh以上。借助調(diào)節(jié)放大電流大小，使功率穩(wěn)定性達(dá)到30秒內(nèi)的誤差為0.005，十分鐘內(nèi)的誤差為0.015的功率穩(wěn)定度；發(fā)散角僅為0.5毫弧度。He-Ne激光器除了具有一般的氣體激光器所固有的方向性好，單色性好，相干性強(qiáng)諸優(yōu)點(diǎn)外，還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)、價(jià)廉、頻率穩(wěn)定等特點(diǎn)。He-Ne激光在精確指示，激光測(cè)量，醫(yī)療衛(wèi)生方面有很廣泛的用途。主要用途：在瓜果照射的應(yīng)用機(jī)理，激光作為一種在生物機(jī)體上引起刺激、變

16、異、燒灼、汽化等效應(yīng)的手段，農(nóng)業(yè)的實(shí)際應(yīng)用上取得了良好效果?？梢詰?yīng)用于測(cè)量、激光照排、激光治療。（2）分子氣體激光器 工作物質(zhì)是中性分子氣體，如氮、一氧化碳、二氧化碳、水蒸汽等。波長(zhǎng)范圍很廣，從真空紫外、可見(jiàn)光到遠(yuǎn)紅外。其中以二氧化碳激光器最為重要，其特點(diǎn)是效率高，大約在1025范圍內(nèi)，可以獲得很高激光功率,連續(xù)輸出功率高達(dá)萬(wàn)瓦,脈沖器件輸出可達(dá)萬(wàn)焦耳每脈沖級(jí)。這種激光器工作在以 9.4微米和10.4微米為中心的多條分子振轉(zhuǎn)光譜線上。 激光器名稱：CO2激光器工作物質(zhì)：CO2泵浦方式：高壓電激能級(jí)結(jié)構(gòu)：4能級(jí)結(jié)構(gòu)輸出光波：CO2激光器效率高，不造成工作介質(zhì)損害，發(fā)射出10.6m波長(zhǎng)的不可見(jiàn)激光

17、，是一種比較理想的激光器。按氣體的工作形式可分封閉式及循環(huán)式，按激勵(lì)方式分電激勵(lì)，化學(xué)激勵(lì)，熱激勵(lì)，光激勵(lì)與核激勵(lì)等。主要用途：二氧化碳激光器分為普通低氣壓封離型激光器、橫向和縱向氣體循環(huán)流動(dòng)型激光器、橫向大氣壓和高氣壓連續(xù)調(diào)諧激光器、氣動(dòng)激光器和波導(dǎo)激光器等。這些激光器可用于加工和處理（如焊接、切割和熱處理）、光通信、測(cè)距、同位素分離和高溫等離子體研究等方面。其中波導(dǎo)二氧化碳激光器是一種結(jié)構(gòu)緊湊、增益高和可調(diào)諧的激光器，特別適用于激光通信和高分辨光譜學(xué)。 CO2激光治療外傷性面部瘢痕1）、色素沉著的問(wèn)題：對(duì)于這個(gè)問(wèn)題可以選擇色素類的激光及強(qiáng)脈沖光來(lái)進(jìn)行治療，或者是現(xiàn)在較流行的點(diǎn)陣激光也可以（

18、只是要注意它只是用于陳舊性的瘢痕色素的問(wèn)題起作用，對(duì)新鮮瘢痕不建議使用）。 在治療時(shí)應(yīng)該根據(jù)瘢痕表面的色素的深淺（指瘢痕表面色素細(xì)胞的多少以及色素所在瘢痕的層次的深淺）、形成色素的時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)選擇治療參數(shù)，特別是強(qiáng)脈沖光的參數(shù)設(shè)置上應(yīng)該選擇脈寬、波長(zhǎng)較短有利于色素細(xì)胞吸收的治療參數(shù)，以免造成新的色素沉著，甚至新的瘢痕。 2）、瘢痕表面凹凸不平的問(wèn)題：針對(duì)這個(gè)問(wèn)題的解決首選應(yīng)該是激光磨削。用于激光磨削的儀器目前有新型的超脈沖CO2激光和鉺激光，當(dāng)然點(diǎn)陣激光嚴(yán)格來(lái)說(shuō)也應(yīng)該屬于這一類激光，只是說(shuō)相對(duì)而言它的損傷較小、恢復(fù)較快。 作用機(jī)理上新型高能超脈沖CO2激光和鉺激光它們采用高峰值短脈沖技術(shù)，能使激

19、光在整個(gè)短脈沖期保持高峰值能量，可在瞬間準(zhǔn)確地汽化瘢痕組織，且其作用于瘢痕組織的時(shí)間短于向周圍組織的熱弛豫時(shí)間，因此可最大限度地減少組織熱損傷這是從根本上不同于以往的普通CO2激光。超脈沖CO2激光和鉺激光對(duì)真皮的熱作用還能引起真皮膠原收縮、再生和重塑，從某種角度上說(shuō)激光對(duì)瘢痕的磨削治療可以使瘢痕在創(chuàng)傷后會(huì)向更好的方向上發(fā)展。 3）、瘢痕外傷性的問(wèn)題：這主要是見(jiàn)于皮膚搽傷及煤炭等異物經(jīng)爆炸所形成的外傷性文身，針對(duì)這個(gè)問(wèn)題主要是運(yùn)用Q開(kāi)關(guān)Nd:YAG激光來(lái)治療，病變位置比較深，病變體積較大的皮損可以配合超脈沖CO2激光及手術(shù)進(jìn)行治療。激光治療原理同于色素激光對(duì)太田痣等的治療原理。 4）、普通外科

20、縫合后遺留的針眼瘢痕的問(wèn)題：可以采用激光磨削的方式就可以完全解決了針眼的問(wèn)題，至于中間瘢痕的問(wèn)題要看情況有沒(méi)有必要手術(shù)了。對(duì)于新鮮的傷口建議盡快進(jìn)行激光治療以及必要的NA物治療，讓針眼瘢痕消失在萌芽狀態(tài)。（4）準(zhǔn)分子激光器 在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中使用的激光器種類非常多,常用于眼科治療的主要有紅寶石(rudy)激光、氬離子(Ar+)激光、氪離子(Kr+)、染料(dye)激光、摻釹釔鋁石榴石(Nd:YAG)激光和氟化氬(ArF)準(zhǔn)分子激光等固體、氣體和液體的激光器，用連續(xù)的、脈沖的和調(diào)Q的方式，治療眼底部色素膜和屈光間質(zhì)等部位的數(shù)十種有關(guān)眼部疾病。 眼科使用的準(zhǔn)分子激光, 是以氬氣(Argon) 和氟氣(

21、Fluoride) 為工作氣體產(chǎn)生的激光。所謂準(zhǔn)分子激光，是指受激二聚體（惰性氣體和鹵素兩種元素）所產(chǎn)生的激光，波長(zhǎng)范圍為157353nm，所屬紫外激光波段?，F(xiàn)在用于臨床的氟化氬(ArF)混合物產(chǎn)生的波長(zhǎng)為193nm的超紫外冷激光.。波長(zhǎng)為193nm的ArF準(zhǔn)分子激光，進(jìn)行屈光手術(shù)的機(jī)理就是光化學(xué)效應(yīng)。準(zhǔn)分子激光單個(gè)光子的能量大約是6.4eV，而角膜組織中肽鍵與碳分子鍵的結(jié)合能量?jī)H為3.6eV。當(dāng)其高能量的光子照射到角膜，直接將組織內(nèi)的分子鍵打斷，導(dǎo)致角膜組織碎裂而達(dá)到消融切割組織的目的，并且由于準(zhǔn)分子激光脈寬短（1020nm），又是光化學(xué)效應(yīng)切除。因此，對(duì)切除周圍組織的機(jī)械損傷和熱損傷極?。?/p>

22、0.30m）。 用這種刀施行光切術(shù),其切割精度可達(dá)到m級(jí),其刀口損傷范圍僅達(dá)nm級(jí),而且由于無(wú)熱效應(yīng)而不會(huì)損傷鄰近組織。所以現(xiàn)已運(yùn)用于角膜手術(shù)，如角膜屈光手術(shù)、角膜疤痕去除等。半導(dǎo)體激光器：半導(dǎo)體激光器是以一定的半導(dǎo)體材料做工作物質(zhì)而產(chǎn)生受激發(fā)射作用的器件。.其工作原理是通過(guò)一定的激勵(lì)方式，在半導(dǎo)體物質(zhì)的能帶（導(dǎo)帶與價(jià)帶）之間，或者半導(dǎo)體物質(zhì)的能帶與雜質(zhì)（受主或施主）能級(jí)之間，實(shí)現(xiàn)非平衡載流子的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，當(dāng)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的大量電子與空穴復(fù)合時(shí)，便產(chǎn)生受激發(fā)射作用。半導(dǎo)體激光器的激勵(lì)方式主要有三種，即電注入式，光泵式和高能電子束激勵(lì)式。電注入式半導(dǎo)體激光器，一般是由砷化鎵（GaAs）、硫化

23、鎘（CdS）、磷化銦(InP)、硫化鋅(ZnS)等等材料制成的半導(dǎo)體面結(jié)型二極管，沿正向偏壓注入電流進(jìn)行激勵(lì)，在結(jié)平面區(qū)域產(chǎn)生受激發(fā)射。光泵式半導(dǎo)體激光器，一般用N型或P型半導(dǎo)體單晶（如GaAS,InAs,InSb等）做工作物質(zhì)，以其他激光器發(fā)出的激光作光泵激勵(lì).高能電子束激勵(lì)式半導(dǎo)體激光器，一般也是用N型或者P型半導(dǎo)體單晶(如PbS,CdS,ZhO等)做工作物質(zhì)，通過(guò)由外部注入高能電子束進(jìn)行激勵(lì)。在半導(dǎo)體激光器件中，目前性能較好，應(yīng)用較廣的是具有雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電注入式GaAs二極管激光器。種類：（1）異質(zhì)結(jié)構(gòu)激光器 （2）條形結(jié)構(gòu)激光器 （3）GaAIAs/GaAs激光器 （4）InGaAsP

24、/InP激光器 （5）可見(jiàn)光激光器 （6）遠(yuǎn)紅外激光器 （7）動(dòng)態(tài)單模激光器 （8）分布反饋激光器 （9）量子阱激光器 （10）表面發(fā)射激光器 （11）微腔激光器 性能特點(diǎn)：體積小、重量輕、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、耗電少、效率高等。 主要應(yīng)用：半導(dǎo)體激光器是成熟較早、進(jìn)展較快的一類激光器，由于它的波長(zhǎng)范圍寬，制作簡(jiǎn)單、成本低、易于大量生產(chǎn)，并且由于體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)，因此，品種發(fā)展快，應(yīng)用范圍廣，目前已超過(guò)300種，半導(dǎo)體激光器的最主要應(yīng)用領(lǐng)域是Gb局域網(wǎng)，850nm波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器適用于）1Gh/。局域網(wǎng)，1300nm -1550nm波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器適用于1OGb局域網(wǎng)系統(tǒng).半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用范圍

25、覆蓋了整個(gè)光電子學(xué)領(lǐng)域，已成為當(dāng)今光電子科學(xué)的核心技術(shù).半導(dǎo)體激光器在激光測(cè)距、激光雷達(dá)、激光通信、激光模擬武器、激光警戒、激光制導(dǎo)跟蹤、引燃引爆、自動(dòng)控制、檢測(cè)儀器等方面獲得了廣泛的應(yīng)用，形成了廣闊的市場(chǎng)。1978年，半導(dǎo)體激光器開(kāi)始應(yīng)用于光纖通信系統(tǒng)，半導(dǎo)體激光器可以作為光纖通信的光源和指示器以及通過(guò)大規(guī)模集成電路平面工藝組成光電子系統(tǒng).由于半導(dǎo)體激光器有著超小型、高效率和高速工作的優(yōu)異特點(diǎn)，所以這類器件的發(fā)展，一開(kāi)始就和光通信技術(shù)緊密結(jié)合在一起，它在光通信、光變換、光互連、并行光波系統(tǒng)、光信息處理和光存貯、光計(jì)算機(jī)外部設(shè)備的光禍合等方面有重要用途.半導(dǎo)體激光器的問(wèn)世極大地推動(dòng)了信息光電子

26、技術(shù)的發(fā)展，到如今，它是當(dāng)前光通信領(lǐng)域中發(fā)展最快、最為重要的激光光纖通信的重要光源.半導(dǎo)體激光器再加上低損耗光纖，對(duì)光纖通信產(chǎn)生了重大影響，并加速了它的發(fā)展.因此可以說(shuō)，沒(méi)有半導(dǎo)體激光器的出現(xiàn)，就沒(méi)有當(dāng)今的光通信.GaAs/GaAlA。雙異質(zhì)結(jié)激光器是光纖通信和大氣通信的重要光源，如今，凡是長(zhǎng)距離、大容量的光信息傳輸系統(tǒng)無(wú)不都采用分布反饋式半導(dǎo)體激光器（DFB一LD).半導(dǎo)體激光器也廣泛地應(yīng)用于光盤(pán)技術(shù)中，光盤(pán)技術(shù)是集計(jì)算技術(shù)、激光技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)于一體的綜合性技術(shù).是大容t.高密度、快速有效和低成本的信息存儲(chǔ)手段，它需要半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的光束將信息寫(xiě)人和讀出.（參考網(wǎng)址http:/baik

27、/view/.htm 可加入軍事方面的應(yīng)用，以及性能參數(shù)。） 激光產(chǎn)生條件：（1） 有提供放大作用的增益介質(zhì)作為激光工作物質(zhì)，其激活粒子（原子、分子或離子）有適合于產(chǎn)生受激輻射的能級(jí)結(jié)構(gòu)； （2）有外界激勵(lì)源，將下能級(jí)的粒子抽運(yùn)到上能級(jí)，使激光上下能級(jí)之間產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)； （3）有光學(xué)諧振腔，增長(zhǎng)激活介質(zhì)的工作長(zhǎng)度，控制光束的傳播方向，擇被放大的受激輻射光頻率以提高單色性。特別要注意的是，光的傳播方向要嚴(yán)格的垂直兩放射鏡的表面，這樣才能減少光的損失，才會(huì)形成激光。 電源介紹（以氦氖激光器電源為例）：氦氖激光器電源的結(jié)構(gòu)圖輸入市電220V開(kāi)關(guān)和保險(xiǎn)絲調(diào)整輸入電壓變壓器濾波電

28、路多倍整流電路保護(hù)作用的大電阻電流表輸出高電壓各部分的功能說(shuō)明：調(diào)整輸入電壓模塊：由于室電不一定穩(wěn)定在220V，該模塊用于是輸入電壓穩(wěn)定在某一個(gè)設(shè)定的特定值。變壓器：由于激光器需要很高的電壓驅(qū)動(dòng)，這里的變壓器用于升壓，將輸入的電壓值升高。濾波電路：將電容和電阻并聯(lián)就可以組成濾波電路，降低輸出電壓中的脈動(dòng)成分，保留其中的直流成分。多倍整流電路：倍壓整流電路多用于電流小而電壓較高場(chǎng)合，這里的多倍整流電路起到升高電壓和整流的作用，一舉兩得。其原理用3倍壓整流原理說(shuō)明：三倍壓整流電路如圖,在u2 的第一個(gè)半周時(shí)，u2 的極性是上正下負(fù)（即a端為正，b 端為負(fù)），D1 在正向電壓作用下導(dǎo)通，此時(shí)電容C1

29、 充電后的電壓約等于u2 的最大值 U2（u2 為變壓器次級(jí)繞.組感應(yīng)的交流電壓，U2 為次級(jí)交流電壓有效值）。在第二個(gè)半周，u2 的極性反過(guò)來(lái)（a 端為負(fù)、b 端為正），D1 截止、D2 導(dǎo)通，電壓U2 加上C1 上的 U2 向電容C2 充電，C2 充電后的電壓約為2 U2。在第三個(gè)半周時(shí)，U2 的極性又是a 端為正，b 端為負(fù)，D1 又導(dǎo)通，已充電到2 U2 的C2上的電壓加到e、d 兩點(diǎn)使D2 截止，但D3 導(dǎo)通，于是電容C3 就被充電到與C2 一樣高的電壓2 U2。若負(fù)載接在a、b 兩端，就可獲得三倍壓（3 U2）的直流輸出電壓。每只二極管承受的最大反向電壓為2 U2，電容C1、C2

30、和C3 承受的電壓分別為2U2、2 U2 和2 U2。根據(jù)相同的道理，可以組成n（多）倍壓整流電路。當(dāng)n 為奇數(shù)時(shí)，輸出電壓從下端的相應(yīng)兩點(diǎn)（B、C）取出；當(dāng)n 為偶數(shù)時(shí)，輸出電壓從上端相應(yīng)兩點(diǎn)（A、D）取出。輸出直流電壓的平均值，空載時(shí)為n U2，負(fù)載時(shí)為n1.2U2。電容C1 上的電壓為U2，其余電容上的電壓均為2 U2，每個(gè)整流元件承受的反向電壓都是2 U2。 常見(jiàn)激光器參數(shù)：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：最重要的紅光放射源（632.8 nm）。 二氧化碳激光器：波長(zhǎng)約10.6 m（紅外線），重要的工業(yè)激光。 一氧化碳激光器：波長(zhǎng)約6-8 m（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