激光振鏡場鏡原理

PAGEPAGE4光纖激光器原理：光纖激光器主要由泵浦源，耦合器，摻稀土元素光纖，諧振腔等部件構(gòu)成。泵浦源由一個(gè)或多個(gè)大功率激光二極管陣列構(gòu)成，其發(fā)出的泵浦光經(jīng)特殊的泵浦結(jié)構(gòu)耦合入作為增益介質(zhì)的摻稀土元素光纖，泵浦波長上的光子被摻雜光纖介質(zhì)吸收，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，受激發(fā)射的光波經(jīng)諧振腔鏡的反饋和振蕩形成激光輸出。光纖激光器特點(diǎn)光纖激光器以光纖作為波導(dǎo)介質(zhì)，耦合效率高，易形成高功率密度，散熱效果好，無需龐大的制冷系統(tǒng)，具有高轉(zhuǎn)換效率，低閾值，光束質(zhì)量好和窄線寬等優(yōu)點(diǎn)。并且，光纖激光器的諧振腔內(nèi)無光學(xué)鏡片，具有免調(diào)節(jié)、免維護(hù)、高穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)；超長的工作壽命和免維護(hù)時(shí)間，平均免維護(hù)時(shí)間在10萬小時(shí)以上。

光纖激光器原理圖1:

峰值功率：脈沖激光器，顧名思義，它輸出的激光是一個(gè)一個(gè)脈沖，每單個(gè)脈沖有一個(gè)持續(xù)時(shí)間，比如說10ns(納秒)，一般稱作單個(gè)脈沖寬度，或單個(gè)脈沖持續(xù)時(shí)間，我們用t表示。這種激光器可以發(fā)出一連串脈沖，比如，1秒鐘發(fā)出10個(gè)脈沖，或者有的就發(fā)出一個(gè)脈沖。這時(shí)，我們就說脈沖重復(fù)(頻)率前者為10，后者為1，那么，1秒鐘發(fā)出10個(gè)脈沖，它的脈沖重復(fù)周期為0.1秒，而1秒鐘發(fā)出1個(gè)脈沖，那么，它的脈沖重復(fù)周期為1秒，我們用T表示這個(gè)脈沖重復(fù)周期。

如果單個(gè)脈沖的能量為E，那么E/T稱作脈沖激光器的平均功率，這是在一個(gè)周期內(nèi)的平均值。例如，E=50mJ(毫焦)，T=0.1秒，那么，

平均功率P平均=50mJ/0.1s=500mW。

如果用E除以t，即有激光輸出的這段時(shí)間內(nèi)的功率，一般稱作峰值功率(peakpower)，例如，在前面的例子中E=50mJ,t=10ns,

P峰值=50×10^(-3)/[10×10^(-9)]=5×10^6W=5MW(兆瓦)，由于脈沖寬度t很小，它的峰值功率很大。脈沖能量E=1mj脈寬t=100ns重復(fù)頻率20-80K脈沖持續(xù)時(shí)間T=1s/2k=？秒平均功率P=E/T=0.001J/0.00005s=20WP峰值功率=E/t激光的分類：激光按波段分，可分為可見光、紅外、紫外、X光、多波長可調(diào)諧，目前工業(yè)用紅外及紫外激光。例如CO2激光器10.64um紅外激光,氪燈泵浦YAG激光器1.064um紅外激光,氙燈泵浦YAG激光器1.064um紅外激光,半導(dǎo)體側(cè)面/端面泵浦激光器1.064um紅外激光。激光器的種類分，可分為固體、氣體、液體、半導(dǎo)體和染料等幾種類型：

（1）固體激光器一般小而堅(jiān)固，脈沖輻射功率較高，應(yīng)用范圍較廣泛。如：Nd:YAG激光器。Nd（釹）是一種稀土元素，YAG代表釔鋁石榴石，晶體結(jié)構(gòu)與紅寶石相似。

（2）半導(dǎo)體激光器可以通過外加的電場、磁場、溫度、壓力等改變激光的波長，能將電能直接轉(zhuǎn)換為激光能，所以發(fā)展迅速。

（3）氣體激光器以氣體為工作物質(zhì)(主要為惰性氣體)，單色性和相干性較好，激光波長可達(dá)數(shù)千種，應(yīng)用廣泛。氣體激光器結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉、操作方便。在工農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、精密測量、全息技術(shù)等方面應(yīng)用廣泛。氣體激光器有電能、熱能、化學(xué)能、光能、核能等多種激勵(lì)方式。

（4）以液體染料為工作物質(zhì)的染料激光器于1966年問世，廣泛應(yīng)用于各種科學(xué)研究領(lǐng)域。現(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)的能產(chǎn)生激光的染料，大約在500種左右。這些染料可以溶于酒精、苯、丙酮、水或其他溶液。它們還可以包含在有機(jī)塑料中以固態(tài)出現(xiàn)，或升華為蒸汽，以氣態(tài)形式出現(xiàn)。所以染料激光器也稱為“液體激光器”。染料激光器的突出特點(diǎn)是波長連續(xù)可調(diào)。燃料激光器種類繁多，價(jià)格低廉，效率高，輸出功率可與氣體和固體激光器相媲美，應(yīng)用于分光光譜、光化學(xué)、醫(yī)療和農(nóng)業(yè)。

（5）紅外激光器已有多種類型，應(yīng)用范圍廣泛，它是一種新型的紅外輻射源，特點(diǎn)是輻射強(qiáng)度高、單色性好、相干性好、方向性強(qiáng)。

（6）X射線激光器在科研和軍事上有重要價(jià)值，應(yīng)用于激光反導(dǎo)彈武器中具有優(yōu)勢；生物學(xué)家用X射線激光能夠研究活組織中的分子結(jié)構(gòu)或詳細(xì)了解細(xì)胞機(jī)能;用X射線激光拍攝分子結(jié)構(gòu)的照片,所得到的生物分子像的對比度很高。

（7）化學(xué)激光器有些化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生足夠多的高能原子，就可以釋放出大能量，可用來產(chǎn)生激光作用。

（8）自由電子激光器這類激光器比其他類型更適于產(chǎn)生很大功率的輻射。它的工作機(jī)制與眾不同，它從加速器中獲得幾千萬伏高能調(diào)整電子束，經(jīng)周期磁場，形成不同能態(tài)的能級，產(chǎn)生受激輻射。光分為可見光和不可見光:是根據(jù)人的肉眼是否能看到來劃分的。光的可見與不可見與光（或者說電磁波，光就是電磁波）的波長有關(guān)系，人眼能看到的電磁波的波長范圍是400nm到760nm，400nm左右的是紫色光，小于這個(gè)波長的人眼就看不到了，是紫外線。760nm附件的是紅色光，波長大于這個(gè)范圍，人眼也感覺不到也就是紅外線。鏡片1（X軸）的寬度是由光束的直徑所決定的。鏡片2（y軸）

的寬度應(yīng)該等于振鏡1的長度。鏡片2的長度就是光束打在第二個(gè)鏡片上時(shí)同S1的距離，和最大入射角q。光斑尺寸

光斑尺寸下限d(1/e2亮度直徑)相對于激光光束直徑‘D’(1/e2)是d=13.5QF/Dmm例如：一束TEM00(Q=1)的直徑是13.5mm(1/e2)用一個(gè)焦距100mm的理想聚焦鏡片，焦距出來的點(diǎn)的直徑是100mm（帶入一個(gè)實(shí)際數(shù)值Q=1.5,焦斑尺寸應(yīng)該是150um.）

光的速度和光學(xué)畸變可導(dǎo)致聚焦點(diǎn)大小都大于最低衍射值。

大尺寸范圍需要使用長焦距鏡頭。相反的，這會(huì)導(dǎo)致更大的聚焦點(diǎn)，除非把光束直徑大小，振鏡大小，和鏡頭直徑全部加大。F-Theta鏡（平場聚焦鏡）原理F-Theta平場聚焦鏡是激光打標(biāo)機(jī)的重要配件之一，目的是將激光在整個(gè)工件標(biāo)刻平面形成聚焦。其性能指標(biāo)主要有以下幾條：1.掃描范圍。鏡頭能掃描到的面積越大，當(dāng)然越受使用者的歡迎。但是如果一味的增加掃描面積，會(huì)帶來很多的問題。如光點(diǎn)變粗，失真加大等等。2.焦距（跟工作距離有一定關(guān)系，但是不等于工作距離）。a.掃描范圍跟場鏡焦距成正比掃描范圍的加大，必然導(dǎo)致工作距離的加大。工作距離的加長，必然導(dǎo)致激光能量的損耗。b.聚焦后的光斑直徑跟焦距成正比。當(dāng)掃描面積達(dá)到一定的程度后，得到的光點(diǎn)直徑很大，也就是說聚得不夠細(xì)，激光的功率密度下降非?？欤üβ拭芏雀獍咧睆降?次方成反比），不利于加工。c.由于F-Theta場鏡是利用的y’=f*θ的關(guān)系來工作的，而實(shí)際的θ和tgθ的值還是有區(qū)別的。而且隨著焦距f的加大，失真程度將越來越