激光從業(yè)人員培訓(xùn)課程

激光從業(yè)人員培訓(xùn)課程第一頁，共二十四頁，2022年，8月28日基本理論

光學(xué)基本概念，激光的特性,

激光產(chǎn)生的基本原理，激光器基本結(jié)構(gòu)，激光的技術(shù)應(yīng)用，本公司各類激光器的光學(xué)原理及設(shè)計，激光與物質(zhì)的相互作用第二頁，共二十四頁，2022年，8月28日光學(xué)基本概念光

光是同廣播，射線一樣的電磁波，激光也是如此，具有電磁波的一切通性，比如頻率，波長，成像，反射，折射，偏振，散射，衍射等特性電磁波的劃分第三頁，共二十四頁，2022年，8月28日光譜可見光的波長在400－700nm，人眼最易感受的是555nm的黃綠光，光的波長變短，光子的能量增大。自然光和激光的區(qū)別：相干性，激光是相位確定的光，這種光稱作相干光。第四頁，共二十四頁，2022年，8月28日激光的特性高亮度

激光器的亮度是太陽光亮度值的106倍，這是因為激光的發(fā)光截面，立體發(fā)散角都很小，而輸出功率又很大的緣故。高方向性高方向性是指光束的發(fā)散角很小，能夠使激光傳遞較長距離的同時，還能保證聚焦到極高的功率密度，其中基模，高斯模的光束直徑和發(fā)散角最小。高單色性單色性即指激光光譜線的線寬很窄，高單色性才能保證光束的精確聚焦，得到很高的功率密度。高相干性相干性主要描述光波各個部分的相位關(guān)系，有空間相干性和時間相干性。第五頁，共二十四頁，2022年，8月28日激光產(chǎn)生的基本原理基本概念原子能級自發(fā)輻射受激輻射反轉(zhuǎn)分布橫模和縱模泵浦鎖模第六頁，共二十四頁，2022年，8月28日原子能級

如果粒子獲取外部能量從下能級激發(fā)至上能級，即使不受外部的任何刺激，處于激發(fā)能級的原子，分子都會自發(fā)的躍遷到基態(tài)，此時釋放出相當(dāng)于能量為兩能級之差，為vnm的光子第七頁，共二十四頁，2022年，8月28日自激輻射

如果粒子獲取外部能量從下能級激發(fā)至上能級，即使不受外部的任何刺激，處于激發(fā)能級的原子，分子都會自發(fā)的躍遷到基態(tài)，此時釋放出相當(dāng)于能量為兩能級之差，為vnm的光子第八頁，共二十四頁，2022年，8月28日受激輻射

若處于激發(fā)態(tài)的原子在自發(fā)輻射之前，受到相當(dāng)于兩個能級間頻率為vnm的外來光子的作用，則會受激并沿入射光方向輻射出光子第九頁，共二十四頁，2022年，8月28日反轉(zhuǎn)分布

將高能級上的原子密度大于低能級上的原子密度的狀態(tài)稱為反轉(zhuǎn)分布第十頁，共二十四頁，2022年，8月28日光學(xué)諧振腔

為了使光在介質(zhì)中能夠多次往復(fù)運(yùn)動，在激光介質(zhì)的兩側(cè)各放置一塊反射鏡，通過校正反射鏡的光軸，使光在介質(zhì)中能夠多次往復(fù)運(yùn)動，以此不斷放大，當(dāng)光增益超過鏡面和介質(zhì)中的損耗時，便形成了振蕩，以上使光的電磁場始終維持在內(nèi)部的裝置稱為光學(xué)諧振腔諧振腔的種類諧振腔的損耗第十一頁，共二十四頁，2022年，8月28日諧振腔的種類第十二頁，共二十四頁，2022年，8月28日縱模和橫模通常把腔內(nèi)光場的分布分解為沿著光傳播方向的分布（頻率分布）和垂直于傳播方向的某截面上的分布（光強(qiáng)分布）分別稱作縱模和橫模在形成穩(wěn)定的激光振蕩時，在光束橫截面上的光強(qiáng)分布就是橫模，記做TEMmn模式，m表示水平n表示垂直，光強(qiáng)分布為高斯函數(shù)。第十三頁，共二十四頁，2022年，8月28日模式第十四頁，共二十四頁，2022年，8月28日泵浦為了實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，必須有足夠強(qiáng)的外界激勵能源把低能級的粒子有選擇的源源不斷的激發(fā)到高能級上去，激勵方式有多種，如電激勵，光激勵，熱激勵，和化學(xué)激勵等，各種激勵方式統(tǒng)稱為泵浦第十五頁，共二十四頁，2022年，8月28日鎖模在激光器中引入輔助裝置，強(qiáng)迫各縱模的初相位保持一致，這就是鎖模第十六頁，共二十四頁，2022年，8月28日諧振腔的損耗諧振腔的損耗有反射損耗，吸收、散射損耗，衍射損耗等幾種反射損耗諧振腔的反射鏡至少有一個是部分透射的，因此伴隨著反射產(chǎn)生的損耗也就不可避免。吸收、散射損耗對于激光介質(zhì)，有夾雜物吸收損耗和介質(zhì)不均勻性及其缺陷造成的散射損耗。此外鏡面的吸收散射也會造成損耗衍射損耗即由光的衍射現(xiàn)象引起的損耗，平行平面式光學(xué)諧振腔的衍射損耗非常大，而共焦式諧振腔則比較小。第十七頁，共二十四頁，2022年，8月28日激光器的基本結(jié)構(gòu)構(gòu)成激光器的三要素介質(zhì)泵浦源諧振腔第十八頁，共二十四頁，2022年，8月28日介質(zhì)在外界能量的作用下，某兩個能級之間實現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，并且激活介質(zhì)可以使某個特定的頻率的光得到放大的材料固體工作介質(zhì)紅寶石晶體Nd:YAG摻釹釔鋁石榴石晶體釹玻璃半導(dǎo)體氣體工作介質(zhì)原子氣體分子氣體氣體離子其它工作介質(zhì)第十九頁，共二十四頁，2022年，8月28日泵浦源氣體激光器有放電激勵，電子束激勵，化學(xué)反應(yīng)激勵，熱激勵等，

CO2多采用直流輝光放電的激勵電源，直流高壓電源能提供數(shù)萬伏的電壓激勵原子和離子在和氣體例子碰撞中，傳遞能量，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。光泵浦源分為惰性氣體，金屬蒸汽放電，半導(dǎo)體二極管，激光和太陽能泵浦，YAG采用連續(xù)氪弧燈做泵浦光源。半導(dǎo)體激光二極管泵浦使用激光二極管陣列發(fā)射的波長恰好在介質(zhì)YAG棒的主要吸收0.808μm處。此外二極管陣列的工作電壓較低，不需要出發(fā)電路，壽命長的優(yōu)點(diǎn)。第二十頁，共二十四頁，2022年，8月28日CO2激光器的特點(diǎn)高功率，最大連續(xù)輸出功率可達(dá)25kW高效率，總效率為10％，比其它激光器的效率都高高光束質(zhì)量，其模式較好且穩(wěn)定CO2激光器類型封離型CO2激光器快速軸流型CO2激光器