激光原理與激光器件課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、激光原理與激光器件課程設(shè)計(jì)報(bào)告激光器種類及其用途介紹摘要電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)主要以光學(xué)為主，特別是激光的學(xué)習(xí)尤為重要。激光技術(shù)作為先進(jìn)制造業(yè)的一個(gè)重要組成部分，是我國(guó)“十一五”期間重點(diǎn)發(fā)展的一個(gè)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。隨著固體激光、氣體激光、半導(dǎo)體激光、準(zhǔn)分子激光、染料激光、光纖激光、飛秒激光、隨機(jī)激光等器件的發(fā)展，促進(jìn)了激光技術(shù)在科學(xué)研究、工業(yè)加工、醫(yī)療、生命科學(xué)、檢測(cè)、通信、自動(dòng)控制、信息存儲(chǔ)、全息技術(shù)、光源等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。做為一個(gè)專業(yè)知識(shí)以激光為主的學(xué)生，應(yīng)該系統(tǒng)的學(xué)習(xí)激光有關(guān)的理論知識(shí)，充分的去了解激光用途，本文主要介紹激光的電源構(gòu)造、激光的種類及其不同激光器的參數(shù)，重點(diǎn)介紹了不同激光器的用途，另外

2、還介紹了激光器的發(fā)展前景。文章最后總結(jié)了本次課程設(shè)計(jì)的心得體會(huì)。關(guān)鍵詞：光學(xué) 激光 全息技術(shù) 用途一、 認(rèn)識(shí)激光1、 什么是激光激光是光受激輻射的產(chǎn)物，產(chǎn)生激光首先要有激活介質(zhì)，另外還要有外界激勵(lì)源，在外界激勵(lì)源（如外來光）的激勵(lì)下，產(chǎn)生激光的高能級(jí)原子會(huì)躍遷到低能級(jí)上，根據(jù)能量守恒可知，這時(shí)從高能級(jí)躍遷的低能級(jí)的原子將會(huì)釋放一個(gè)和外來光子完全相同的光子，只要選擇的激活介質(zhì)合適，光子在激活介質(zhì)中將會(huì)形成光放大，形成了產(chǎn)生激光的必要條件。其實(shí)激光是在光學(xué)諧振腔中產(chǎn)生的，光學(xué)諧振腔可以增加激活介質(zhì)的長(zhǎng)度，諧振腔由前后兩塊反射率不同的反射鏡構(gòu)成，一前鏡的反射鏡的反射率我90%，后反射鏡的反射率我10

3、0%，般在兩個(gè)反射鏡間放置工作物質(zhì)（激活介質(zhì)），只要光學(xué)諧振腔里的光子積累到一定程度，前鏡將發(fā)出光，我們把這種方向性好，相干性好和亮度高的光叫激光。2、 產(chǎn)生激光的條件（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，選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。二、激光的電源介紹每一種類型的激光器

4、都需要研制專門的電源，以便用最小損耗來泵浦激光工作物質(zhì)，保證獲得所要求的輻射參量。為了設(shè)計(jì)電源電路，必須研究激光器的工作原理、電學(xué)特性(點(diǎn)火電壓、正常工作電壓和工作電流)，同時(shí)考慮把激光器作為負(fù)載接入電路時(shí)，對(duì)電路的制約。氦氖激光器電源的結(jié)構(gòu)圖各部分的功能說明：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

5、起到升高電壓和整流的作用，一舉兩得。其原理3倍壓整流原理說明：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 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 的極性反過來（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2U2。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2U2 的C2上的電壓加到e、d 兩點(diǎn)使D2 截止，但

6、D3 導(dǎo)通，于是電容C3 就被充電到與C2 一樣高的電壓2U2。若負(fù)載接在a、b 兩端，就可獲得三倍壓（3U2）的直流輸出電壓。每只二極管承受的最大反向電壓為2U2，電容C1、C2 和C3 承受的電壓分別為2U2、2U2 和2U2。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nU2，負(fù)載時(shí)為n×1.2U2。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2U2。大電阻：大電阻起到限流保護(hù)電路的作用，用陶瓷制

7、成，耐高溫，可在較高功率下使用。三、 激光器的種類介紹實(shí)際應(yīng)用的激光器種類很多，如以組成激光器的工作物質(zhì)來說可分為氣體激光器、液體激光器、固定激光器、半導(dǎo)體激光器、化學(xué)激光器等。在同一類型的激光器中又包括有許多不同材料的激光器。下面主要介紹比較常見的激光器。（一）固體激光器實(shí)現(xiàn)激光的核心主要是激光器中可以實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的激光工作物質(zhì)（即含有亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)的工作物質(zhì)）。如工作物質(zhì)為晶體狀的或者玻璃的激光器，分別稱為晶體激光器和玻璃激光器，通常把這兩類激光器統(tǒng)稱為固體激光器。1、固體激光器的結(jié)構(gòu)介紹當(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1.06m呈白藍(lán)色

8、光；釹玻璃工作物質(zhì)，輸出波長(zhǎng)1.06m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)。固體激光器主要由工作物質(zhì)、泵浦系統(tǒng)、聚光系統(tǒng)、光學(xué)諧振腔及冷卻 與濾光系統(tǒng)等五個(gè)部分組成（1）、工作物質(zhì) 工作物質(zhì)激光器的核心，是由激活粒子和基質(zhì)兩部分組成，激活粒子的能級(jí)結(jié)構(gòu)決定了激光的光譜特性和熒光壽命等激光特性，基質(zhì)主要決定了工作物質(zhì)的理化性質(zhì)。根據(jù)激活粒子的能級(jí)結(jié)構(gòu)形式，可分為三能級(jí)系統(tǒng)與四能級(jí)系統(tǒng)。工作物質(zhì)的形狀目前常用的主要有四種：圓柱形、平板形、圓盤形及管狀（2）泵浦系統(tǒng) 泵浦源能夠提供能量使工作物質(zhì)中上下能級(jí)間的粒子數(shù)翻

9、轉(zhuǎn)，目前主要采用光泵浦。泵浦光源需要滿足兩個(gè)基本條件：有很高的發(fā)光 效率和輻射光的光譜特性應(yīng)與工作物質(zhì)的吸收光譜相匹配。常用的泵浦源主要有惰性氣體放電燈、太陽能及二極管激光器。其中惰性氣體放電燈是當(dāng)前最常用的 ，二極管 (LD)泵浦是目前固體激光器的發(fā)展方向。（3）聚光系統(tǒng) 聚光腔的作用有兩個(gè)：一個(gè)是將泵浦源與工作物質(zhì)有效的耦合；另一個(gè)是決定激光物質(zhì)上泵浦光密度的分布，從而影響到輸出光束的 均勻性、發(fā)散度和光學(xué)畸變。工作物質(zhì)和泵浦源都安裝在聚光腔內(nèi)，因此聚光腔的優(yōu)劣直接影響泵浦的效率及工作性能。（4）光學(xué)諧振腔光學(xué)諧振腔由全反射鏡和部分反射鏡組成，是固體激光器的重要組成部分。光學(xué)諧振腔除了提供

10、光學(xué)正反饋維持激光持續(xù)振蕩以形成 受激發(fā)射，還對(duì)振蕩光束的方向和頻率進(jìn)行限制，以保證輸出激光的 高單色性和高定向性。5) 冷卻與濾光系統(tǒng) 冷卻與濾光系統(tǒng)是激光器必不可少的輔助裝置。固體激光器工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生比較嚴(yán)重的熱效應(yīng)，所以通常都要采取冷卻措施。主要是對(duì)激光工作物質(zhì)、泵浦系統(tǒng)和聚光腔進(jìn)行冷卻，以保證激光器的正常使用及器材的保護(hù)。冷卻方法有液體冷卻、氣體冷卻和傳導(dǎo)冷卻，但目前使用最廣泛的是液體冷卻方法。2、典型固體激光器介紹（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 Cr 3+ :

11、 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)組織灼燒炭化的治療機(jī)理不

12、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?？梢灾委煾鞣N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。Cr3+ 的能級(jí)結(jié)構(gòu)：注意事項(xiàng)：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

13、體，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， 可按用戶要求

14、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、無疤痕等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。Nd 3+ : YAG的能級(jí)結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)示意圖：注意事項(xiàng)：YAG 能級(jí)結(jié)構(gòu) Nd 3+ : YAG 激光器幾乎沒有什么缺點(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。

15、它的基本結(jié)構(gòu)與 Nd 3+ : YAG 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；工作物質(zhì)：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，

16、相比于其他醫(yī)療用激光器而言，穿透深度非常淺，因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。Er : YAG 的能級(jí)結(jié)構(gòu)：（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)

17、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)：正負(fù)離子或過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?？仗焱ㄓ嵨淦骶_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。（二）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

18、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。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受激發(fā)射過程主要發(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)

19、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)輸出光波：它可以在可見光區(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

20、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He的能級(jí)結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)示意圖：工作原理介紹：He-Ne激光器結(jié)構(gòu)大體可分為三部分，既放電管、諧振腔和激發(fā)的電源?，F(xiàn)在臨床上最常應(yīng)用的為內(nèi)腔式He-Ne激光器的激光放電管內(nèi)的氣體在涌有一定高的電壓及電流（在電場(chǎng)作用下氣體放電），放電管中的電子就會(huì)由負(fù)極以高速向正極運(yùn)動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)中與工作物質(zhì)內(nèi)的氦原子進(jìn)行碰撞，電子的能量傳給原子，促使原子的能量提高，基態(tài)原子躍遷到高能級(jí)的激發(fā)態(tài)。這時(shí)如有基態(tài)氖原子與兩能級(jí)上的氦原子相碰，氦原子的能量

21、傳遞給氖原子，并從基態(tài)躍遷到激發(fā)的能級(jí)狀態(tài)，而氦原子回到了基態(tài)上。因?yàn)榉烹姽苌纤拥碾妷?，電流連續(xù)不斷供給，原子不斷地發(fā)生碰撞。這就產(chǎn)生了激光必須具備的基本條件。在發(fā)生受激輻射時(shí)，分別發(fā)出波長(zhǎng)3.39m，632.8nm，1.53m三種激光，而這三種激光中除632.8nm為可見光中的紅外光外，另二種是紅外區(qū)的輻射光。因反射鏡的反射率不同，只輸出一種較長(zhǎng)的光波632.8nm的激光。He-Ne激光的放電管，最外層是用硬質(zhì)玻璃制成。放電的內(nèi)管直徑約23mm，管長(zhǎng)幾厘米到十幾厘米，放電管越長(zhǎng)功率越大，相應(yīng)的放電電壓就高。管內(nèi)主要按5：110：1的比例充入氦氖混合氣體達(dá)到總氣壓約2.663.99Pa。管的

22、一端裝有鋁圓筒作陰極（其圓管狀結(jié)構(gòu)主要是為了減少放電測(cè)射），另一端裝有鎢針作陽極，放電管兩端裝有反射鏡（即一頭為全反射鏡，出光一端為半反射鏡）。這就構(gòu)成了激光放電管。在He-Ne激光器中，采用的諧振腔有球面腔或平凹腔。一般腔鏡內(nèi)側(cè)鍍有高反射率的介質(zhì)。在其中一端反射率為100，另一端反射率由激光器的增益而定。放電毛細(xì)管長(zhǎng)度約1520cm，He-Ne激光器的半反射鏡的半反射鏡的反射率98.599.5。諧振腔的軸線和放電毛細(xì)管 He-Ne激光器的外界激勵(lì)能源與固體激光器不相同，不能使用光泵激勵(lì)，而采用電激勵(lì)的方法。把工作物質(zhì)封入放電管中，供以直流、交流及射頻等方式激勵(lì)氣體放電。通過放電過程把能量傳給

23、工作物質(zhì)，促使氣體中的離子、原子被激發(fā)。醫(yī)療中使用的激勵(lì)方法主要是以直流電激發(fā)出光。大體結(jié)構(gòu)主要有高壓變壓器、整流與濾波回路、限流與穩(wěn)流回路組成。 （2）離子氣體激光器 在惰性氣體和金屬蒸氣的離子的電子態(tài)能級(jí)之間建立粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，其激光波長(zhǎng)大多在紫外和可見光區(qū)域，輸出激光功率較大。典型的離子激光器有氬離子激光器、氪離子激光器和氦鎘激光器等。應(yīng)用最多的是氬離子激光器。它可以產(chǎn)生多條波長(zhǎng)的激光，其中最強(qiáng)的是4480埃和5145埃。連續(xù)輸出激光功率為幾百毫瓦至幾百瓦，效率很低，約為0.1。激光器名稱：氬離子激光器工作物質(zhì)：氬氣（Ar+），原子序數(shù)18，電子結(jié)構(gòu)式 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

24、 激光波長(zhǎng)：具有多個(gè)波長(zhǎng)，457.9 nm (8%)， 476.5 nm (12%)， 488.0 nm (20%)， 496.5 nm (12%)， 501.7 nm (5%)， 514.5 nm (43%) （由藍(lán)光到綠光）。488.0nm，514.5nm（藍(lán)綠光）輸出功率：是目前在可見光區(qū)連續(xù)輸出功率最高的激光器（幾瓦到幾十瓦，高者可達(dá)一百多瓦）泵浦方式：高壓電激能級(jí)結(jié)構(gòu)：四能級(jí)輸出光波：氬離子激光器可以有35條以上譜線，其中25條是波長(zhǎng)在408.9686.1納米范圍的可見光，10條以上是 275363.8納米范圍的紫外輻射，并以488.0納米和514.5納米的兩條譜線為最強(qiáng)，連續(xù)輸出功

25、率可達(dá)100瓦。主要用途：氬離子激光器的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括眼疾治療、血細(xì)胞計(jì)數(shù)、平版印刷及作為染料激光器的泵浦源。Ar+ 的能級(jí)結(jié)構(gòu)：（3）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)萬瓦，脈沖器件輸出可達(dá)萬焦耳每脈沖級(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

26、害，發(fā)射出10.6m波長(zhǎng)的不可見激光，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、色素沉著的問題：對(duì)于這個(gè)問題可以選擇色素類的激光及強(qiáng)脈沖光來進(jìn)行治療，

27、或者是現(xiàn)在較流行的點(diǎn)陣激光也可以（只是要注意它只是用于陳舊性的瘢痕色素的問題起作用，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題：針對(duì)這個(gè)問題的解決首選應(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)格來說也應(yīng)該屬于這一類激光，只是說相對(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

28、它們采用高峰值短脈沖技術(shù)，能使激光在整個(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、瘢痕外傷性的問題：這主要是見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)問題主要是運(yùn)用Q開關(guān)Nd:YAG激光來治療，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

29、等的治療原理。 4、普通外科縫合后遺留的針眼瘢痕的問題：可以采用激光磨削的方式就可以完全解決了針眼的問題，至于中間瘢痕的問題要看情況有沒有必要手術(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)。CO2激光器的結(jié)構(gòu)：CO2激光器與其它分子激光器一樣，CO2激光器工作原理其受激發(fā)射過程也較復(fù)雜。分子有三種不同的運(yùn)動(dòng)，即分子里電子的運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)決定了分子的電子能態(tài)；二是分子里的原子振動(dòng)，即分子里原子圍繞其平衡位置不停地作周期性振動(dòng)并決定于分子的振動(dòng)能態(tài)；三是分子轉(zhuǎn)動(dòng)，即分子為一整體在空間連續(xù)地旋轉(zhuǎn)，分子的這種運(yùn)動(dòng)決定了分子的轉(zhuǎn)動(dòng)能態(tài)。分子運(yùn)動(dòng)極其復(fù)雜，因而能級(jí)也

30、很復(fù)雜。CO2分子為線性對(duì)稱分子，兩個(gè)氧原子分別在碳原子的兩側(cè)，所表示的是原子的平衡位置。分子里的各原子始終運(yùn)動(dòng)著，要繞其平衡位置不停地振動(dòng)。根據(jù)分子振動(dòng)理論，CO2有三種不同的振動(dòng)方式：二個(gè)氧原子沿分子軸，向相反方向振動(dòng)，即兩個(gè)氧在振動(dòng)中同時(shí)達(dá)到振動(dòng)的最大值和平衡值，而此時(shí)分子中的碳原子靜止不動(dòng)，因而其振動(dòng)被叫做對(duì)稱振動(dòng)。兩個(gè)氧原子在垂直于分子軸的方向振動(dòng)，且振動(dòng)方向相同，而碳原子則向相反的方向垂直于分子軸振動(dòng)。由于三個(gè)原子的振動(dòng)是同步的，又稱為變形振動(dòng)。三個(gè)原子沿對(duì)稱軸振動(dòng)，其中碳原子的振動(dòng)方向與兩個(gè)氧原子相反，又叫反對(duì)稱振動(dòng)能。在這三種不同的振動(dòng)方式中，確定了有不同組別的能級(jí)。CO2激光

31、器中，主要的工作物質(zhì)由CO2，氮?dú)猓馊N氣體組成。其中CO2是產(chǎn)生激光輻射的氣體、氮?dú)饧昂鉃檩o助性氣體。加入其中的氦，可以加速010能級(jí)熱弛預(yù)過程，因此有利于激光能級(jí)100及020的抽空。氮?dú)饧尤胫饕贑O2激光器中起能量傳遞作用，為CO2激光上能級(jí)粒子數(shù)的積累與大功率高效率的激光輸出起到強(qiáng)有力的作用。CO2激光器的放電管中，通常輸入幾十mA或幾百mA的直流電流。放電時(shí)，放電管中的混合氣體內(nèi)的氮分子由于受到電子的撞擊而被激發(fā)起來。這時(shí)受到激發(fā)的氮分子便和CO2分子發(fā)生碰撞，N2分子把自己的能量傳遞給CO2分子，CO2分子從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)上形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)發(fā)出激光。CO2激光器結(jié)構(gòu)組成為

32、：激光管：是激光機(jī)中最關(guān)鍵的部件。常用硬質(zhì)玻璃制成，一般采用層套筒式結(jié)構(gòu)。最里面一層是放電管，第2層為水冷套管，最外一層為儲(chǔ)氣管。CO2激光器放電管直徑比He-Ne激光管粗。放電管的粗細(xì)一般來說對(duì)輸出功率沒有影響，主要考慮到光斑大小所引起的衍射效應(yīng)，應(yīng)根據(jù)管長(zhǎng)而定。管長(zhǎng)的粗一點(diǎn)，管短的細(xì)一點(diǎn)。放電管長(zhǎng)度與輸出功率成正比。在一定的長(zhǎng)度范圍內(nèi)，每米放電管長(zhǎng)度輸出的功率隨總長(zhǎng)度而增加。加水冷套的目的是冷卻工作氣體，使輸出功率穩(wěn)定。放電管在兩端都與儲(chǔ)氣管連接，即儲(chǔ)氣管的一端有一小孔與放電管相通，另一端經(jīng)過螺旋形回氣管與放電管相通，這樣就可使氣體在放電管中與儲(chǔ)氣管中循環(huán)流動(dòng)，放電管中的氣體隨時(shí)交換。結(jié)構(gòu)

33、示意圖：注意事項(xiàng)：分子氣體激光器與原子氣體激光器不一樣，分子氣體由碳和氧組成（最常用），其原則上是能夠?qū)崿F(xiàn)高效率與高功率輸出。分子氣體激光器通過分子能級(jí)間的躍遷產(chǎn)生激發(fā)振蕩的一和種激光器，分子能級(jí)躍遷形式與原子能級(jí)躍遷相同。只不過是工作物質(zhì)為分子與原子的差別。（4）準(zhǔn)分子激光器 第一臺(tái)準(zhǔn)分子激光器于1970年誕生，它利用強(qiáng)電子束激勵(lì)液態(tài)氙，獲得氙準(zhǔn)分子的激射作用，激光波長(zhǎng)為1720埃。隨后，氣相氙分子以及其它稀有氣體準(zhǔn)分子，稀有氣體氧化物準(zhǔn)分子（氧化氪、氧化氙、氧化氬等），金屬蒸氣-稀有氣體準(zhǔn)分子（氙化鈉等）；稀有氣體單鹵化物準(zhǔn)分子（氟化氙、氟化氬、氟化氪、氯化氙、溴化氙、碘化氙、氯化氪等），

34、金屬鹵化物準(zhǔn)分子（氯化汞、溴化汞等）和金屬準(zhǔn)分子（鈉準(zhǔn)分子等）陸續(xù)誕生。準(zhǔn)分子激光物質(zhì)具有低能態(tài)的排斥性，可以把它有效地抽空，故無低態(tài)吸收與能量虧損，粒子數(shù)反轉(zhuǎn)很容易，增益大，轉(zhuǎn)換效率高，重復(fù)率高，輻射波長(zhǎng)短，主要在紫外和真空紫外（少數(shù)延伸至可見光）區(qū)域振蕩，調(diào)諧范圍較寬。它在分離同位素，紫外光化學(xué)，激光光譜學(xué)，快速攝影，高分辨率全息術(shù)，激光武器，物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究，光通信，遙感，集成光學(xué)，非線性光學(xué)，農(nóng)業(yè)，醫(yī)學(xué)，生物學(xué)以及泵浦可調(diào)諧染料激光器等方面已獲得比較廣泛的應(yīng)用，而且可望發(fā)展成為用于核聚變的激光器件。主要用途：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、

35、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( 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。現(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)

36、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?。?.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。（三）半導(dǎo)體激光器 半導(dǎo)體激光器是用半導(dǎo)體材料作為工作物質(zhì)的一類激光器，由于物質(zhì)結(jié)構(gòu)上的差異，產(chǎn)生激光的具體過程比較特殊。常用材料

37、有砷化鎵（GaAs）、硫化鎘（CdS）、磷化銦(InP)、硫化鋅(ZnS)等。激勵(lì)方式有電注入、電子束激勵(lì)和光泵浦三種形式。 半導(dǎo)體激光器件，可分為同質(zhì)結(jié)、單異質(zhì)結(jié)、雙異質(zhì)結(jié)等幾種。同質(zhì)結(jié)激光器和單異質(zhì)結(jié)激光器室溫時(shí)多為脈沖器件，而雙異質(zhì)結(jié)激光器室溫時(shí)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作。 半導(dǎo)體激光（Semiconductor laser）在1962年被成功激發(fā)，在1970年實(shí)現(xiàn)室溫下連續(xù)輸出。后來經(jīng)過改良，開發(fā)出雙異質(zhì)接合型激光及條紋型構(gòu)造的激光二極管（Laser diode）等，廣泛使用于光纖通信、光盤、激光打印機(jī)、激光掃描器、激光指示器（激光筆），是目前生產(chǎn)量最大的激光器。激光二極體的優(yōu)點(diǎn)是效率高、體積小、

38、重量輕且價(jià)格低。尤其是多重量子井型的效率有2040%，P-N型也達(dá)到數(shù)%25%，總而言之能量效率高是其最大特色。另外，它的連續(xù)輸出波長(zhǎng)涵蓋了紅外線到可見光范圍，而光脈沖輸出達(dá)50W（帶寬100ns）等級(jí)的產(chǎn)品也已商業(yè)化，作為激光雷達(dá)或激發(fā)光源可說是非常容易使用的激光的例子。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

39、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GaAS(砷化鎵)，InAS（砷化銦），Insb（銻化銦）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.半導(dǎo)體激光器的參數(shù)：（1）波長(zhǎng)：即激光

40、管工作波長(zhǎng)，目前可作光電開關(guān)用的激光管波長(zhǎng)有635nm、650nm、670nm、激光二極管690nm、780nm、810nm、860nm、980nm等。（2）閾值電流Ith ：即激光管開始產(chǎn)生激光振蕩的電流，對(duì)一般小功率激光管而言，其值約在數(shù)十毫安，具有應(yīng)變多量子阱結(jié)構(gòu)的激光管閾值電流可低至10mA以下。（3）工作電流Iop ：即激光管達(dá)到額定輸出功率時(shí)的驅(qū)動(dòng)電流，此值對(duì)于設(shè)計(jì)調(diào)試激光驅(qū)動(dòng)電路較重要。（4）垂直發(fā)散角：激光二極管的發(fā)光帶在垂直PN結(jié)方向張開的角度，一般在1540左右。（5）水平發(fā)散角：激光二極管的發(fā)光帶在與PN結(jié)平行方向所張開的角度，一般在6 10左右。（6）監(jiān)控電流Im ：即

41、激光管在額定輸出功率時(shí)，在PIN管上流過的電流。工業(yè)激光設(shè)備上用的半導(dǎo)體激光器一般為1064nm、532nm、808nm，功率從幾瓦到幾千瓦不等。一般在激光打標(biāo)機(jī)上使用的是1064nm的，而532nm的則是綠激光半導(dǎo)體激光器的激勵(lì)方式：半導(dǎo)體激光器的激勵(lì)方式主要有三種，即電注人式、光泵式和高能電子束激勵(lì)式。絕大多數(shù)半導(dǎo)體激光器的激勵(lì)方式是電注人，即給Pn 結(jié)加正向電壓它們所發(fā)出的波長(zhǎng)在0.3 -3.4um之間。其波長(zhǎng)范圍決定于所用材料的能帶間隙，最常見的是AlGaA:雙異質(zhì)結(jié)激光器，其輸出波長(zhǎng)為750 - 890nm。工作原理及特點(diǎn)半導(dǎo)體激光器工作原理是激勵(lì)方式，利用半導(dǎo)體物質(zhì)（即利用電子）在

42、能帶間躍遷發(fā)光，用半導(dǎo)體晶體的解理面形成兩個(gè)平行反射鏡面作為反射鏡，組成諧振腔，使光振蕩、反饋、產(chǎn)生光的輻射放大，輸出激光。一般情況下，半導(dǎo)體激光器的發(fā)光波長(zhǎng)隨溫度變化為02-03nm/，光譜寬度隨之增加，影響顏色鮮艷度。另外，當(dāng)正向電流流經(jīng)pn結(jié)，發(fā)熱性損耗使結(jié)區(qū)產(chǎn)生溫升，在室溫附近，溫度每升高1，半導(dǎo)體激光器的發(fā)光強(qiáng)度會(huì)相應(yīng)地減少1%左右，封裝散熱；時(shí)保持色純度與發(fā)光強(qiáng)度非常重要，以往多采用減少其驅(qū)動(dòng)電流的辦法，降低結(jié)溫，多數(shù)半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)電流限制在20mA左右。但是，半導(dǎo)體激光器的光輸出會(huì)隨電流的增大而增加，目前，很多功率型半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)電流可以達(dá)到70mA、100mA甚至1A級(jí)

43、，需要改進(jìn)封裝結(jié)構(gòu)，全新的半導(dǎo)體激光器封裝設(shè)計(jì)理念和低熱阻封裝結(jié)構(gòu)及技術(shù)，改善熱特性。例如，采用大面積芯片倒裝結(jié)構(gòu)，選用導(dǎo)熱性能好的銀膠，增大金屬支架的表面積，焊料凸點(diǎn)的硅載體直接裝在熱沉上等方法。此外，在應(yīng)用設(shè)計(jì)中，PCB線路板等的熱設(shè)計(jì)、導(dǎo)熱性能也十分重要。進(jìn)入21世紀(jì)后，半導(dǎo)體激光器的高效化、超高亮度化、全色化不斷發(fā)展創(chuàng)新，紅、橙半導(dǎo)體激光器光效已達(dá)到100Im/W，綠半導(dǎo)體激光器為501m/W，單只半導(dǎo)體激光器的光通量也達(dá)到數(shù)十Im。半導(dǎo)體激光器芯片和封裝不再沿龔傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念與制造生產(chǎn)模式，在增加芯片的光輸出方面，研發(fā)不僅僅限于改變材料內(nèi)雜質(zhì)數(shù)量，晶格缺陷和位錯(cuò)來提高內(nèi)部效率，同時(shí)，

44、如何改善管芯及封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)半導(dǎo)體激光器內(nèi)部產(chǎn)生光子出射的幾率，提高光效，解決散熱，取光和熱沉優(yōu)化設(shè)計(jì)，改進(jìn)光學(xué)性能，加速表面貼裝化SMD進(jìn)程更是產(chǎn)業(yè)界研發(fā)的主流方向結(jié)構(gòu)示意圖：半導(dǎo)體激光器用途：1、激光制導(dǎo)：它使導(dǎo)彈在激光射束中飛行直至摧毀目標(biāo)。半導(dǎo)體激光制導(dǎo)已用于地-空導(dǎo)彈、空-空導(dǎo)彈、地-地導(dǎo)彈等。激光制導(dǎo)跟蹤在軍事上具有十分廣泛的應(yīng)用。激光制導(dǎo)的方法之一是駕束制導(dǎo)， 又稱激光波束制導(dǎo)。從制導(dǎo)站的激光發(fā)射系統(tǒng)按一定規(guī)律向空間發(fā)射經(jīng)編碼調(diào)制的激光束， 且光束中心線對(duì)準(zhǔn)目標(biāo);在波束中飛行的導(dǎo)彈， 當(dāng)其位置偏離波束中心時(shí)，裝在導(dǎo)彈尾部的激光接收器探測(cè)到激光信號(hào)， 經(jīng)信息處理后， 彈上解算裝

45、置計(jì)算出彈體偏離中心線的大小和方向， 形成控制信號(hào); 再通過自動(dòng)駕駛儀操縱導(dǎo)彈相應(yīng)的機(jī)構(gòu)， 使其沿著波束中心飛行， 直至摧毀目標(biāo)為止。另一種激光制導(dǎo)方法是光纖制導(dǎo)。通過一根放出的光纖把傳感器的信息傳送到導(dǎo)彈控制器， 觀察所顯示的圖像并通過同一光纖往回發(fā)送控制指令，以達(dá)到控制操縱導(dǎo)彈的目的。2、激光測(cè)距：主要用于反坦克武器以及航空、航天等領(lǐng)域。測(cè)距儀采用半導(dǎo)體激光器作光源具有隱蔽性，略加改進(jìn)， 還可測(cè)量車輛之間的距離并進(jìn)行數(shù)字顯示， 在低于所需安全系數(shù)時(shí)發(fā)出警報(bào)。半導(dǎo)體激光夜視儀和激光夜視監(jiān)測(cè)儀也得到重要應(yīng)用。利用半導(dǎo)體激光器列陣主動(dòng)式夜視儀的光源具隱蔽性， 列陣功率高的特點(diǎn)， 可提高監(jiān)測(cè)距離至

46、1 km， 如配上掃描和圖像顯示裝置， 則可成為激光夜視監(jiān)測(cè)儀。用其對(duì)目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)， 目標(biāo)的活動(dòng)情況可適時(shí)通過光纜傳送到指揮所。選擇較長(zhǎng)的合適波長(zhǎng)， 可成為全天候監(jiān)測(cè)儀。3、激光雷達(dá)：與CO2 激光雷達(dá)相比， 半導(dǎo)體激光列陣的激光雷達(dá)體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、波長(zhǎng)短、精度高、具有多種成像功能及實(shí)時(shí)圖像處理功能， 包括各種成像的綜合、圖像跟蹤和目標(biāo)的自動(dòng)識(shí)別等。可用于監(jiān)測(cè)目標(biāo)， 測(cè)量大氣水氣、云層、空氣污染; 還可用作飛機(jī)防撞雷達(dá)， 機(jī)載切變風(fēng)探測(cè)相干光雷達(dá)， 對(duì)來襲目標(biāo)精確定位以及對(duì)直升飛機(jī)和巡航導(dǎo)彈的地形跟蹤等。半導(dǎo)體激光雷達(dá)主要是波長(zhǎng)820850 nm 的LD 及列陣。4、激光模擬：激光模擬主要

47、是以半導(dǎo)體激光為基礎(chǔ)發(fā)展起來的新型軍訓(xùn)和演習(xí)技術(shù)。通過調(diào)節(jié)激光射束、周期和范圍以達(dá)到模擬任何武器特征的目的。武器模擬主要使用904 nm 半導(dǎo)體激光器， 用對(duì)眼睛安全的激光器作為戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)的基礎(chǔ)， 最初稱為激光交戰(zhàn)系統(tǒng)( LES) 。該系統(tǒng)的研制始于1973 年， 其可行性已得到了證實(shí)。1974 年引進(jìn)了微處理機(jī)技術(shù)，于是LES 發(fā)展成為多功能激光交戰(zhàn)系統(tǒng)(MILES)。同年，賽羅克斯電光系統(tǒng)公司接受了全套MILES工程的研制合同，向陸軍提供8 萬多套裝備， 用于地面作戰(zhàn)模擬。此外，該公司還研制了空對(duì)地作戰(zhàn)系統(tǒng)以及MILES 空防樣機(jī)，目前，全世界有美、英、瑞( 典) 三國(guó)出售MILESII

48、/SAWE 系統(tǒng); 北約國(guó)家、以色列、阿根廷、俄羅斯、中國(guó)都在開發(fā)這種系統(tǒng)。5、深海光通信：半導(dǎo)體激光器是一種理想光源， 具有抗干擾、保密性好等優(yōu)點(diǎn)。激光對(duì)潛通信光源藍(lán)綠光是海水的通信窗口( 460540 nm) ， 穿透深度約300 ft， 潛艇可用藍(lán)綠光和衛(wèi)星或航空母艦進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)。倍頻半導(dǎo)體高功率激光器列陣( 波長(zhǎng)在9201080 nm) 就是一種這樣的光源。 6、半導(dǎo)體激光瞄準(zhǔn)和告警：瞄準(zhǔn)具有兩類: 一類以發(fā)射紅外激光的GaAs激光器為基礎(chǔ)， 士兵需佩戴夜視鏡才能看清目標(biāo)上的激光光斑， 以解決夜間士兵的瞄準(zhǔn)射擊問題; 另一類激光瞄準(zhǔn)以發(fā)射紅色激光和可見光的半導(dǎo)體激光器為基礎(chǔ)。美國(guó)激光裝

49、置公司在20 世紀(jì)80 年代推出的FA- 4 型激光瞄準(zhǔn)具的重量?jī)H99 g， 長(zhǎng)11.4 cm。為滿足不同波長(zhǎng)激光和可調(diào)諧激光器的探測(cè)要求， 激光告警的工作波段不斷得到拓展， 角分辨率也不斷得到提高。7、半導(dǎo)體激光通信：半導(dǎo)體激光器在衛(wèi)星通信技術(shù)中只需要較小的望遠(yuǎn)鏡和較低的發(fā)射功率， 就能實(shí)現(xiàn)光的自由空間傳輸并獲得極高的數(shù)據(jù)率傳輸。激光通信技術(shù)可用于軌道衛(wèi)星間的相互通信及衛(wèi)星與地面站的通信。8、軍用光纖陀螺：軍用光纖陀螺是軍用光纖領(lǐng)域中用途最廣， 是目標(biāo)監(jiān)測(cè)和測(cè)量方面不可缺少的技術(shù)手段。由光纖繞成環(huán)形光路， 采用Sagnac 干涉原理， 檢測(cè)出隨轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的兩路激光束的相位差， 由此得出轉(zhuǎn)動(dòng)的角

50、速度。其主要優(yōu)點(diǎn)是: 無運(yùn)動(dòng)部件， 儀器牢固， 耐沖擊， 抗加速運(yùn)動(dòng); 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單， 價(jià)格低廉; 啟動(dòng)時(shí)間極短( 原理上可瞬時(shí)啟動(dòng)) ; 靈敏度高， 可達(dá)10- 7 rad/s; 動(dòng)態(tài)范圍極寬( 約為2 000 度/秒) ; 壽命長(zhǎng)等。在軍用民用光纖通信、光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈、制導(dǎo)魚雷等方面廣泛應(yīng)用。9、短波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光器用于光盤讀出，自從NaKamuxa實(shí)現(xiàn)了GaInN/GaN藍(lán)光激光器，可見光半導(dǎo)體激光器在光盤系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，如CD播放器，DVD系統(tǒng)和高密度光存儲(chǔ)器可見。光面發(fā)射激光器在光盤、打印機(jī)、顯示器中都有著很重要的應(yīng)用，特別是紅光、綠光和藍(lán)光面發(fā)射激光器的應(yīng)用更廣泛.藍(lán)綠光半導(dǎo)體激光器

51、用于水下通信、激光打印、高密度信息讀寫、深水探測(cè)及應(yīng)用于大屏幕彩色顯示和高清晰度彩色電視機(jī)中。半導(dǎo)體激光器的缺點(diǎn)：半導(dǎo)體激光器最大的缺點(diǎn)是：激光性能受溫度影響大，光束的發(fā)散角較大(一般在幾度到20度之間)，所以在方向性、單色性和相干性等方面較差。但隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，半導(dǎo)體激光器的研究正向縱深方向推進(jìn)，半導(dǎo)體激光器的性能在不斷地提高。目前半導(dǎo)體激光器的功率可以達(dá)到很高的水平，而且光束質(zhì)量也有了很大的提高。以半導(dǎo)體激光器為核心的半導(dǎo)體光電子技術(shù)在21 世紀(jì)的信息社會(huì)中將取得更大的進(jìn)展，發(fā)揮更大的作用。半導(dǎo)體激光器的分類：（1）異質(zhì)結(jié)構(gòu)激光器； （2）條形結(jié)構(gòu)激光器；（3）GaAIAs/GaA

52、s激光器 ；（4）InGaAsP/InP激光器； （5）可見光激光器；（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；（四）、液體激光器常用的是染料激光器，采用有機(jī)染料最為工作介質(zhì)。大多數(shù)情況是把有機(jī)染料溶于溶劑中（乙醇、丙酮、水等）中使用，也有以蒸氣狀態(tài)工作的。利用不同染料可獲得不同波長(zhǎng)激光（在可見光范圍）。染料激光器一般使用激光作泵浦源，例如常用的有氬離子激光器等。液體激光器工作原理比較復(fù)雜。輸出波長(zhǎng)連續(xù)可調(diào)，且覆蓋面寬是它的優(yōu)點(diǎn)，使它也得到廣泛應(yīng)用。四、 激光打標(biāo)機(jī)激光打標(biāo)機(jī)是用激光束在各種不同的物

53、質(zhì)表面打上永久的標(biāo)記。打標(biāo)的效應(yīng)是通過表層物質(zhì)的蒸發(fā)露出深層物質(zhì)，從而刻出精美的圖案、商標(biāo)和文字，激光打標(biāo)機(jī)主要分為，CO2激光打標(biāo)機(jī)，半導(dǎo)體激光打標(biāo)機(jī)、光纖激光打標(biāo)機(jī)和YAG激光打標(biāo)機(jī)，目前激光打標(biāo)機(jī)主要應(yīng)用于一些要求更精細(xì)、精度更高的場(chǎng)合。應(yīng)用于電子元器件、集成電路（IC）、電工電器、手機(jī)通訊、五金制品、工具配件、精密器械、眼鏡鐘表、首飾飾品、汽車配件、塑膠按鍵、建材、PVC管材。激光打標(biāo)機(jī)按照激光器不同可分為：CO2激光打標(biāo)機(jī)，半導(dǎo)體激光打標(biāo)機(jī)，YAG激光打標(biāo)機(jī)，光纖激光打標(biāo)機(jī)。按照激光可見度不同分為：紫外激光打標(biāo)機(jī)（不可見）、綠激光打標(biāo)機(jī)（可見激光）、紅外激光打標(biāo)機(jī)（不可見激光）。激光

54、打標(biāo)機(jī)的區(qū)分1、激光波長(zhǎng)不同深紫外激光打標(biāo)機(jī)： 266 nm 綠激光打標(biāo)機(jī)： 532nm 燈泵YAG激光打標(biāo)機(jī)：1064nm 半導(dǎo)體側(cè)泵YAG激光打標(biāo)機(jī)、半導(dǎo)體端泵YAG激光打標(biāo)機(jī)：1064nm 光纖激光打標(biāo)機(jī)：1064nm CO2激光打標(biāo)機(jī)：10.64um2、工作原理不同燈泵浦YAG激光打標(biāo)機(jī)： 采用氪燈作為能量源（激勵(lì)源），ND：YAG作為產(chǎn)生激光的介質(zhì)，發(fā)出特定波長(zhǎng)可以促使工作物質(zhì)生產(chǎn)能級(jí)躍遷釋放出激光，將激光能量放大后就形成對(duì)材料加工的激光束。 CO2激光打標(biāo)機(jī)： 采用CO2氣體充入放電管作為產(chǎn)生激光的介質(zhì)，當(dāng)在電極上加高電壓，放電管中產(chǎn)生輝光放電，就可使氣體分子釋放出激光，將激光能量

55、放大后就形成對(duì)材料加工的激光束。 半導(dǎo)體側(cè)泵YAG激光打標(biāo)機(jī)：使用波長(zhǎng)為 808nm 半導(dǎo)體激光二極管泵浦 Nd: YAG 介質(zhì)，使介質(zhì)產(chǎn)生大量的反轉(zhuǎn)粒子在Q開關(guān)的作用下形成波長(zhǎng)1064nm 的巨脈沖激光輸出，電光轉(zhuǎn)換效率高。 半導(dǎo)體端泵YAG激光打標(biāo)機(jī)：直接從激光晶體的端面將半導(dǎo)體泵浦光（808nm）泵入，經(jīng)光學(xué)鏡組輸出產(chǎn)生激光。使行光轉(zhuǎn)換效率大大提高。 光纖激光打標(biāo)機(jī)：由光纖直接輸出激光。3、標(biāo)記范圍CO2激光打標(biāo)機(jī)：主要用于非金屬（木頭、亞克力、紙張 、皮革等），價(jià)格便宜。 綠激光打標(biāo)機(jī)、紫外激光打標(biāo)機(jī)：主要用于高端極精細(xì)IC等產(chǎn)品。價(jià)格較高，產(chǎn)品定制為主。 燈泵YAG激光打標(biāo)機(jī)：主要用

56、于金屬、塑膠等低要求產(chǎn)品，激光打標(biāo)機(jī)價(jià)格適中。 半導(dǎo)體側(cè)泵激光打標(biāo)機(jī)：與燈泵YAG激光打標(biāo)機(jī)使用面相同，但較穩(wěn)定，價(jià)格適中。 半導(dǎo)體端泵激光打標(biāo)機(jī)：與燈泵YAG激光打標(biāo)機(jī)使用面相同，穩(wěn)定且省電，但用于高端產(chǎn)，價(jià)格較高。 光纖激光打標(biāo)機(jī)：打標(biāo)精細(xì)、省電、免維護(hù)，用于手機(jī)、按鍵等高端產(chǎn)品。價(jià)格高。五、 激光防偽全息防偽技術(shù)包括：1、常規(guī)全息防偽技術(shù)，2、多通道全息防偽技術(shù)，3、隱形加密技術(shù)，4.360°計(jì)算機(jī)點(diǎn)陣全息技術(shù)，5、雙層全息技術(shù)，6、熒光加密全息技術(shù)，7、動(dòng)態(tài)編碼防偽技術(shù)，8、電話電碼防偽技術(shù)，核微孔防偽技術(shù)以及基因防偽技術(shù)，并具有圖像清晰、色彩絢麗、立體感強(qiáng)、一次性使用的特點(diǎn)

57、。多通道全息防偽在轉(zhuǎn)動(dòng)標(biāo)識(shí)時(shí)，會(huì)看到在標(biāo)識(shí)的同一位置上出現(xiàn)不同的圖案。隱形加密技術(shù)將加密圖案制作于標(biāo)識(shí)的任一位置，在激光再現(xiàn)儀下方可看到加密圖案。360°計(jì)算機(jī)點(diǎn)陣全息技術(shù)在圖像360°的觀察范圍內(nèi)會(huì)出現(xiàn)放射狀、環(huán)狀、螺旋狀等光點(diǎn)的組合與變換，動(dòng)感極強(qiáng)。雙層全息技術(shù)能把全息標(biāo)識(shí)揭開，還能看到印有圖案和文字的第二防偽層，有雙保險(xiǎn)的防偽效果。熒光加密全息技術(shù)原理與人民幣熒光加密原理一樣。動(dòng)態(tài)編碼防偽是將商標(biāo)置于眼前，緩慢地轉(zhuǎn)動(dòng)商標(biāo)會(huì)出現(xiàn)連續(xù)動(dòng)作的圖案。電話電碼防偽標(biāo)識(shí)是由激光防偽技術(shù)和電話電碼防偽技術(shù)相結(jié)合制作而成，通過查詢統(tǒng)一的中心數(shù)據(jù)庫可以核對(duì)真?zhèn)?。核微孔防偽?biāo)識(shí)由激光防偽

58、技術(shù)和核微孔防偽技術(shù)組成，僅用一只水筆便可分辨真?zhèn)?。基因防偽是在?biāo)識(shí)背膠中加入基因因子，通過專用儀器進(jìn)行檢測(cè)。 常用的是激光彩虹模壓全息圖文防偽技術(shù)，它是應(yīng)用激光彩虹全息圖制版技術(shù)和模壓復(fù)制技術(shù)，在產(chǎn)品上制作的一種可視的圖文信息。彩虹全息圖像是以普遍全息圖像作為拍攝物體，經(jīng)一系列程序處理后制成的彩虹全息照片。如用光致抗蝕刻劑的感光片代替普通照片拍攝的全息圖，經(jīng)曝光處理后，即得到一張浮雕型位相全息圖，即制作彩虹全息圖的母版。母版表面充滿了凹凸不平的干涉條紋，其精細(xì)度可達(dá)每毫米千余條。這些浮雕狀的條紋載錄了被拍物體的光波強(qiáng)度與位相信息，實(shí)現(xiàn)了全息記錄。然后用真空鍍膜或化學(xué)電鍍方法，在母版表面鍍上一層很薄的金屬膜，再電鍍