激光技術(shù)已從方方面面走進(jìn)了人們的生活,但
激光器種類(lèi)繁多,其各自
波長(zhǎng)不同,特性不同,因此所應(yīng)用的領(lǐng)域也不同。相信大多數(shù)人面對(duì)紛繁復(fù)雜的激光器種類(lèi),多少覺(jué)得有點(diǎn)頭疼。因此,本文將各類(lèi)型的激光器進(jìn)行了匯總,為大家逐一講解各類(lèi)激光器的特點(diǎn)及實(shí)際應(yīng)用的情況。
mK"s*tD pz)>y&_o xh9$ZavB* 按工作介質(zhì)不同,激光器分為固體激光器、氣體激光器、染料激光器、
半導(dǎo)體激光器、
光纖激光器和自由電子激光器6種。其中固體激光器和氣體激光器還有很多細(xì)分種類(lèi)。除自由電子激光器外,各種激光器的基本工作原理均相同,包括泵浦源、
光學(xué)諧振腔和增益介質(zhì)三部分。
Kr|.I2?" ,5ZQPICF 在固體激光器中,一般以光作為泵浦源,能產(chǎn)生激光的晶體或玻璃被稱(chēng)為激光工作物質(zhì)。激光工作物質(zhì)由基質(zhì)和激活離子兩部分組成,基質(zhì)
材料為激活離子提供了一個(gè)合適的存在與工作環(huán)境,而由激活離子完成激光產(chǎn)生過(guò)程。常用的激活離子主要是過(guò)渡金屬離子,如鉻、鉆、鎳等離子以及稀土金屬離子,如釹離子等。表面鍍有介質(zhì)膜的反射鏡作為諧振腔鏡片,其中一片為全反鏡,一片為半反鏡。當(dāng)采用不同的激活離子、不同的基質(zhì)材料和不同波長(zhǎng)的光激勵(lì),會(huì)發(fā)射出各種不同波長(zhǎng)的激光。
<Up?w/9 GQCdB> :E~rve' 紅寶石激光器輸出的激光波長(zhǎng)為694.3nm,光電轉(zhuǎn)換率低,只有0.1%。但其熒光壽命長(zhǎng),有利于儲(chǔ)能,可輸出較高的脈沖峰值功率,一根筆芯粗細(xì),手指長(zhǎng)的紅寶石棒產(chǎn)生的激光就可以輕松的產(chǎn)生打穿鐵皮。在效率更高的YAG激光器出現(xiàn)之前,紅寶石激光器被廣泛地用在激光切割、鉆孔上。此外,694nm的光極易被黑色素吸收,因此紅寶石激光器還被用于色素性病變(皮膚長(zhǎng)斑)的治療。
MpZ\j .PR+_a-X 鈦藍(lán)寶石激光器因其晶體性質(zhì),具備較寬的可調(diào)諧范圍(即可調(diào)波長(zhǎng)范圍),可根據(jù)需要,輸出660nm-1200nm波長(zhǎng)的光。加上倍頻技術(shù)(能使光的頻率翻倍,即波長(zhǎng)減半)的成熟,波長(zhǎng)范圍可擴(kuò)展到330nm-600nm。鈦藍(lán)寶石激光器被用于飛秒分光、非線(xiàn)性光學(xué)研究、生成白光、生成太赫茲波等,在醫(yī)美方面也有應(yīng)用。
j4#uj[A 8=joVbs YAG是釔鋁石榴石的簡(jiǎn)稱(chēng),該物質(zhì)是目前綜合特性最為優(yōu)異的激光晶體基質(zhì),在摻入釹(Nd)之后可輸出1064nm的光,最大連續(xù)輸出功率可達(dá)1000w。早期使用惰性氣體閃光燈作為激光器的泵浦源,但閃光燈泵浦方式,
光譜范圍寬,與激光增益介質(zhì)吸收光譜重合性差,熱負(fù)荷較大,造成光電轉(zhuǎn)換率低的后果。因此現(xiàn)在使用LD(激光二極管)泵浦,可實(shí)現(xiàn)激光器的高效率,高功率,長(zhǎng)壽命。Nd:YAG激光器可用于血管瘤的治療,抑制腫瘤生長(zhǎng)。但這種激光對(duì)組織的熱損傷是非選擇性的,在凝固瘤體血管的同時(shí),多余的能量也會(huì)損傷周?chē)5慕M織,術(shù)后容易留下瘢痕。因此,Nd:YAG激光多用于外科、婦科、五官科,而少用于皮膚科。
rJCb8x+5a |K-` Yb:YAG,在YAG中摻入鐿(Yb),可輸出1030nm的光。Yb:YAG的泵浦波長(zhǎng)為941nm,與輸出波長(zhǎng)非常接近,可實(shí)現(xiàn)91.4%的泵浦
量子效率,伴隨泵浦產(chǎn)生的熱量則被抑制到10%以?xún)?nèi)(輸入的能量大多數(shù)轉(zhuǎn)換為輸出激光的能量,少部分變成熱,意味著轉(zhuǎn)換效率很高),是Nd:YAG的25%~30%。Yb:YAG已成為最引人注目的固體激光介質(zhì)之一,LD泵浦的高功率Yb:YAG固體激光器成為新的研究熱點(diǎn),并被視為發(fā)展高效、高功率固體激光器的一個(gè)主要方向。
{N/%%O.b |rZMcl/ 除了上述兩種,YAG還可摻入鈥(Ho)、鉺(Er)等。Ho:YAG可產(chǎn)生對(duì)人眼安全的2097nm和2091nm激光,主要適用于光通信,雷達(dá)和醫(yī)學(xué)應(yīng)用。Er:YAG則輸出2.9μm的光,人體對(duì)這一波長(zhǎng)吸收率很高,對(duì)激光外科和血管外科有很大的應(yīng)用潛力。
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gX]J@ 氣體激光器是利用氣體作為增益介質(zhì)的激光器,一般是對(duì)氣體放電進(jìn)行泵浦(與固體激光器大同小異,不再贅述)。氣體種類(lèi)有原子氣體(氦氖激光器、惰性氣體離子激光器、金屬蒸汽激光器)、分子氣體(氮?dú)饧す馄、二氧化碳激光器)、?zhǔn)分子氣體,還有通過(guò)化學(xué)反應(yīng)提供泵浦能量的特殊氣體激光器。
Nf3UVK8LtS Q%d1n*;+ 氦氖激光器(HeNe)是以75%以上的He和15%以下的Ne的混合氣體作為增益介質(zhì),根據(jù)工作環(huán)境不同,可發(fā)出綠(543.5nm)、黃(594.1nm)、橙(612.0nm)、紅(632.8nm)及三種近紅外光(1152nm、1523nm和3391nm),其中紅光(632.8nm)最為常用。HeNe激光器輸出的光束呈高斯分布,光束質(zhì)量非常穩(wěn)定,雖然功率不高,但在精密測(cè)量領(lǐng)域有著不俗的表現(xiàn)。
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