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2018-08-06 12:29 |
幾種激光器的特點(diǎn)及其應(yīng)用
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。 lTv_%hUp
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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。 aTy&"
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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。 UujFZg[-P9
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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。 hQfxz,X
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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。 g.N~81A
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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。 (k..ll p~
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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％以內(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。 *Gm%Dn
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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。 X] /r'Tz
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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。 mYN|)QVKy
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[attachment=85712] 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)。 %97IXr E
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惰性氣體激光器常見(jiàn)的是氬離子（Ar＋）和氪離子（Kr＋）。其能量轉(zhuǎn)化率最高可達(dá)0．6％，可長(zhǎng)期連續(xù)穩(wěn)定輸出30－50w的功率，壽命超過(guò)1000h。主要用于激光顯示、拉曼光譜、全息、非線性光學(xué)等研究領(lǐng)域以及醫(yī)療診斷、打印分色、計(jì)量測(cè)定材料加工及信息處理等方面。 w8(qiU
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金屬蒸汽激光器以銅蒸氣為例。銅蒸氣激光器主要輸出綠光（510.5nm）和黃光（578.2nm），可達(dá)到100w的平均功率和100kw的峰值功率。 其主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)槿玖霞す馄鞯谋闷衷�。此外，還可用于高速閃光照相、大屏幕投影電視及材料加工等。 rj*4ZA?
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氮分子激光器以氮?dú)鉃樵鲆娼橘|(zhì)，可發(fā)射337.1nm 、357.7 nm、315.9 nm的紫外光，峰值功率可達(dá)45kw。可作為有機(jī)染料激光器的泵浦光源，在激光分離同位素、熒光診斷、超高速攝影、污染檢測(cè)以及醫(yī)療衛(wèi)生、農(nóng)業(yè)育種等方面也得到廣泛應(yīng)用。由于其短波長(zhǎng)更易聚焦得到小光斑，因此還可用于加工亞微米量級(jí)的元件。 W]n%$a
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二氧化碳激光器所用的增益介質(zhì)是混了氦氣和氮?dú)獾亩趸�，可輸出�?.6μm和10.6μm波長(zhǎng)為中心的遠(yuǎn)紅外光。二氧化碳激光器的能量轉(zhuǎn)換率高，輸出功率可從幾瓦到幾萬(wàn)瓦，加上極高的光束質(zhì)量，使得二氧化碳激光器在材料加工、科研、國(guó)防及醫(yī)學(xué)方面均有著廣泛應(yīng)用。 Vcl"qz@Fj
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