典型激光器及其應(yīng)用

《光電子技術(shù)》PhotoelectronicTechnique

1.4典型激光器及其應(yīng)用主講：周自剛助教：范宗學(xué)典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!21、激光器應(yīng)用工業(yè)加工，測(cè)量，快速成型，準(zhǔn)直，光刻，光盤通訊半導(dǎo)體激光器，放大器航天測(cè)距軍事雷達(dá)，制導(dǎo)，測(cè)距，制盲醫(yī)學(xué)手術(shù)刀，眼科，皮膚科，結(jié)石，血管，光鑷科研典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!3工業(yè)典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!4工業(yè)典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!5工業(yè)典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!6航天典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!7科研典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!82、激光器分類激光工作介質(zhì)固體激光器

(光纖激光器）氣體激光器半導(dǎo)體激光器染料激光器自由電子激光器化學(xué)組成原子激光器分子激光器離子激光器自由電子激光器準(zhǔn)分子激光器激光運(yùn)轉(zhuǎn)方式連續(xù)脈沖單脈沖重復(fù)頻率準(zhǔn)連續(xù)激光調(diào)制方式自由運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)Q鎖模典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!9（1）CO2激光器屬于氣體激光器，分子激光器波長(zhǎng)9－11um，最常見10.6um效率高光束質(zhì)量好功率范圍大（幾瓦～幾萬瓦）運(yùn)行方式多樣結(jié)構(gòu)多樣典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!10CO2激光器的激發(fā)機(jī)理上能級(jí)的激發(fā)下能級(jí)的激發(fā)弛豫過程輔助氣體N2COHeXeH2H2O典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!11CO2激光器運(yùn)行方式典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!12He-Ne激光器工作原理能級(jí)圖典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!13（3）Ar離子激光器典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!14Ar離子激光器工作特性和結(jié)構(gòu)典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!15準(zhǔn)分子激光器工作原理躍遷過程泵浦要求電子束泵浦機(jī)理脈沖放電泵浦機(jī)理典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!16染料激光器的工作原理典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!17（6）自由電子激光器真空中自由電子通過與泵浦場(chǎng)（周期磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)）相互作用產(chǎn)生激光。高功率（MW）高效率（理論上50％）寬波長(zhǎng)調(diào)諧范圍（原則上從微波到X射線）典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!18（7）半導(dǎo)體激光器法布里-珀羅腔介電反射鏡半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!19（8）光纖激光器典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!20一、光纖激光器的基本原理及其特點(diǎn)1、基本原理：以縱向泵浦的光纖激光器的結(jié)構(gòu)為例，如圖9-5所示

圖光纖激光器原理示意圖

2、特點(diǎn)：以縱向泵浦的光纖激光器的結(jié)構(gòu)為例，如圖所示

二、光纖激光器的分類及其應(yīng)用1、稀土類摻雜光纖激光器

2、光纖受激拉曼散射激光器3、光纖光柵激光器典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!21

2.峰值功率極高1012~1015W1018~1021W/cm2

(E=1011V/cm氫原子庫侖場(chǎng)5×109V/cm）極端物理?xiàng)l件光壓109~1012bars

磁場(chǎng)109高斯加速度1021g(1022m/s2)

溫度108

聚焦飛秒激光概念典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!22振蕩器輸出參數(shù)：平均功率：340mW重復(fù)頻率：74MHz單脈沖能量：4.6nJ光譜寬度：60nm脈沖寬度：20fs典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!23在物理學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)控制反應(yīng)、光通訊等領(lǐng)域應(yīng)用。應(yīng)用

能“征服老天爺”由于飛秒激光可以擊穿大氣，所以可用來制造放電通道，實(shí)現(xiàn)人工引雷，可避免飛機(jī)、火箭、發(fā)電廠等因雷擊而造成的意外災(zāi)難性破壞。

第二能使“設(shè)備袖珍化”一方面，利用飛秒激光能夠有效地加速電子，使規(guī)模龐大的加速器設(shè)備小型化另一方面，在超精細(xì)微加工、高密度信息記錄方面也為人類開辟了廣闊的應(yīng)用前景，制造超小衛(wèi)星等。

第三能“開辟新能源”高功率飛秒激光與物質(zhì)相互作用時(shí)，能夠產(chǎn)生足夠數(shù)量的中子，實(shí)現(xiàn)激光控制核聚變的快速點(diǎn)火，為人類實(shí)現(xiàn)新一代能源開發(fā)開辟了新途徑。

第四能“超常探微化”由于它具有快速、高分辨率的特性，醫(yī)學(xué)上，在病變?cè)缙谠\斷、醫(yī)學(xué)成像和生物活體檢測(cè)、外科醫(yī)療等方面都有著不可替代的作用。典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!24工業(yè)典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!25工業(yè)典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!26醫(yī)學(xué)典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!27軍事測(cè)距，敵我識(shí)別，通信，制導(dǎo)典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!28科研典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!293、常見激光器1CO2激光器2He-Ne激光器3Ar離子激光器4準(zhǔn)分子激光器5染料激光器6自由電子激光器典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!30CO2激光器工作原理典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!31CO2激光器類型封離型縱向激勵(lì)CO2激光器高功率軸快流CO2激光器高功率橫流CO2激光器橫向激勵(lì)高氣壓CO2激光器（TEA）波導(dǎo)CO2激光器典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!32（2）He-Ne激光器氣體原子激光器輸出譜線：632.8nm，1.15um，3.39um，以632.8nm為最常見。功率在mW級(jí)，最大1W光束質(zhì)量好，發(fā)散角可小于1mrad單色性好，帶寬可小于20Hz穩(wěn)定性高半外腔式氦氖激光管結(jié)構(gòu)布儒斯特窗毛細(xì)管陽極陰極部分反射鏡全反射鏡布儒斯特窗典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!33He-Ne激光器工作特性譜線競(jìng)爭(zhēng)（3..39um譜線的抑制）輸出功率的穩(wěn)定性穩(wěn)頻輸出內(nèi)腔式氦氖激光管結(jié)構(gòu)出光端毛細(xì)管陽極陰極部分反射鏡全反射鏡典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!34Ar離子激光器工作原理典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!35（4）準(zhǔn)分子激光器準(zhǔn)分子指在激發(fā)態(tài)能夠暫時(shí)結(jié)合成的不穩(wěn)定分子（Excimer）高重復(fù)率可調(diào)諧量子效率高波長(zhǎng)短，紫外到可見區(qū)主要的準(zhǔn)分子激光器典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!36（5）染料激光器以某種有機(jī)染料溶解于一定溶劑中作為激活介質(zhì)的激光器波長(zhǎng)可調(diào)諧，調(diào)諧范圍寬光譜分辨率高結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單價(jià)格便宜穩(wěn)定性差典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!37染料激光器的工作方式脈沖染料激光器閃光泵浦激光器泵浦連續(xù)染料激光器波長(zhǎng)調(diào)諧光柵棱鏡F－P雙折射濾光片典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁!38自由電子激光組成及類型組成高能電子加速器擺動(dòng)器光學(xué)諧振腔類型磁韌致輻射自由電子激光器康普頓型自由電子激光器拉曼型自由電子激光器切倫科夫輻射自由電子激光器電子加速器擺動(dòng)磁場(chǎng)陣列全反射鏡輸出鏡電子束lW自由電子激光器結(jié)構(gòu)原理典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁!39半導(dǎo)體激光器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理GaAs激光器的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光器工作的閾值條件激光器產(chǎn)生激光的前提條件除了粒子數(shù)發(fā)生反轉(zhuǎn)還需要滿足閾值條件增益系數(shù)和粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的關(guān)系也取決于諧振腔內(nèi)的工作物質(zhì)典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁!401.光纖通信對(duì)半導(dǎo)體激光器光源的要求1）體積小、重量輕、電光轉(zhuǎn)換效率高、可以直接調(diào)制、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，因此它非常適用于光纖通信之中。1）法布里－珀羅（FP）激光器2.作為通信光源的半導(dǎo)體激光器2）光發(fā)射端機(jī)的工作原理光發(fā)射端機(jī)框圖

2）分布反饋（DFB）半導(dǎo)體激光器3）分布反饋半導(dǎo)體激光器（DFB-LD）加電吸收型（EA）外調(diào)制器的集成光源典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁!411.脈沖寬度極短1fs=10-15秒(電子繞原子核半周的時(shí)間)微觀世界超快過程的研究物理化學(xué)生物學(xué)飛秒激光概念（9）飛秒激光器典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第41頁!42飛秒激光性能A、是一種以脈沖形式運(yùn)轉(zhuǎn)的激光，持續(xù)時(shí)間非常短，只有幾個(gè)飛秒，比利用電子學(xué)方法所獲得的最短脈沖要短幾千倍B、具有非常高的瞬時(shí)功率，可達(dá)到百萬億瓦，比目前全世界發(fā)電總功率還要多出百倍。C、能聚焦到比頭發(fā)的直徑還要小的空間區(qū)域，使電磁場(chǎng)的強(qiáng)度比原子核對(duì)其周圍電子的作用力還要高數(shù)倍。典型激光器及其應(yīng)用共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第42頁!43飛秒激光產(chǎn)生超快科學(xué)（探測(cè)某些超快物理過程）物理化學(xué)生物學(xué)超快技術(shù)電子學(xué)（光電取樣）光通訊成像共焦顯微

OCT放大超快超強(qiáng)科學(xué)（創(chuàng)造一個(gè)極端物理?xiàng)l件）飛秒等離子體強(qiáng)場(chǎng)下電子相對(duì)論運(yùn)動(dòng)

Schanneling相對(duì)論自聚焦千兆巴激光壓力尾場(chǎng)等離子體波未來新突破未來新突破

飛秒相干x射線及x