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V70HD SPECTEA-PHYSICS激光器

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V70HD激光器相關(guān)介紹：

激光技術(shù)已從方方面面走進(jìn)了人們的生活，但激光器種類繁多，其各自波長不同，特性不同，因此所應(yīng)用的領(lǐng)域也不同。相信大多數(shù)人面對紛繁復(fù)雜的激光器種類，多少覺得有點頭疼。因此，本文將各類型的激光器進(jìn)行了匯總，為大家逐一講解各類激光器的特點及實際應(yīng)用的情況。

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。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。

固體激光器種類及應(yīng)用

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為激光工作物質(zhì)。激光工作物質(zhì)由基質(zhì)和**離子兩部分組成，基質(zhì)材料為**離子提供了一個合適的存在與工作環(huán)境，而由**離子完成激光產(chǎn)生過程。常用的**離子主要是過渡金屬離子，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**離子、不同的基質(zhì)材料和不同波長的光激勵，會發(fā)射出各種不同波長的激光。

三張表看懂各類激光器的特點及應(yīng)用

紅寶石激光器輸出的激光波長為694.3nm，光電轉(zhuǎn)換率低，只有0.1％。但其熒光壽命長，有利于儲能，可輸出較高的脈沖峰值功率，一根筆芯粗細(xì)，手指長的紅寶石棒產(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病變（皮膚長斑）的治療。

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)波長范圍），可根據(jù)需要，輸出660nm－1200nm波長的光。加上倍頻技術(shù)（能使光的頻率翻倍，即波長減半）的成熟，波長范圍可擴(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。

YAG是釔鋁石榴石的簡稱，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，**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，可實現(xiàn)激光器的**率，高功率，長壽命。Nd:YAG激光器可用于血管瘤的治療。但這種激光對組織的熱損傷是非選擇性的，在凝固瘤體血管的同時，多余的能量也會損傷周圍正常的組織，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。

Yb:YAG，在YAG中摻入鐿（Yb），可輸出1030nm的光。Yb:YAG的泵浦波長為941nm，與輸出波長非常接近，可實現(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，并被視為發(fā)展**、高功率固體激光器的一個主要方向。

除了上述兩種，YAG還可摻入鈥（Ho）、鉺（Er）等。Ho:YAG可產(chǎn)生對人眼安全的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，人體對這一波長吸收率很高，對激光外科和血管外科有很大的應(yīng)用潛力。

氣體激光器種類及應(yīng)用

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（氮氣激光器、二氧化碳激光器）、準(zhǔn)分子氣體，還有通過化學(xué)反應(yīng)提供泵浦能量的特殊氣體激光器。

三張表看懂各類激光器的特點及應(yīng)用

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，但在精密測量領(lǐng)域有著不俗的表現(xiàn)。

惰性氣體激光器常見的是氬離子（Ar＋）和氪離子（Kr＋）。其能量轉(zhuǎn)化率**可達(dá)0.6％，可長期連續(xù)穩(wěn)定輸出30－50w的功率，壽命超過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、計量測定材料加工及信息處理等方面。

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)域為染料激光器的泵浦源。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。

氮分子激光器以氮氣為增益介質(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。由于其短波長更易聚焦得到小光斑，因此還可用于加工亞微米量級的元件。

二氧化碳激光器所用的增益介質(zhì)是混了氦氣和氮氣的二氧化碳，可輸出以9.6μm和10.6μm波長為中心的遠(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、國防及醫(yī)學(xué)方面均有著廣泛應(yīng)用。

準(zhǔn)分子是不穩(wěn)定的分子，在諧振腔內(nèi)充入不同稀有氣體和鹵素氣體的混合物而有不同波長的激光產(chǎn)生。常用相對論電子束（能量大于200千電子伏特）或橫向快速脈沖放電來實現(xiàn)激勵。當(dāng)受激態(tài)準(zhǔn)分子的不穩(wěn)定分子鍵斷裂而離解成基態(tài)原子時，受激態(tài)的能量以激光輻射的形式放出。在醫(yī)療、光通信、半導(dǎo)體顯視、遙感等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。

化學(xué)激光器是一類特殊的氣體激光器，即是一類利用化學(xué)反應(yīng)釋放的能量來實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的激光器。這類激光器大部分以分子躍遷方式工作，典型波長范圍為近紅外到中紅外譜區(qū)。最主要的有氟化氫（HF）和氟化氘（DF）兩種裝置。前者可以在2.6～3.3微米之間輸出15條以上的譜線；后者則約有25條譜線處于3.5～4.2微米之間。這兩種器件目前均可實現(xiàn)數(shù)兆瓦的輸出。由于其能量巨大，一般用于核工程及軍事領(lǐng)域。

其他常用激光器種類及應(yīng)用

三張表看懂各類激光器的特點及應(yīng)用

染料激光器使用有機(jī)染料作為激光介質(zhì)的激光，通常是一種液體溶液。相比氣體的和固態(tài)的激光介質(zhì)，染料激光器通常可以用于更廣泛的波長范圍內(nèi)。由于有寬闊的帶寬，使得它們特別適合于可調(diào)諧激光器和脈沖激光器。但由于其介質(zhì)壽命短，輸出功率受限，基本被鈦藍(lán)寶石等波長可調(diào)的固體激光器取代。

半導(dǎo)體激光器是用半導(dǎo)體材料作為工作物質(zhì)的激光器，激勵方式有電注入、電子束激勵和光泵浦三種形式。體積小，價格低，效率高，使用壽命長，功耗低，可用于電子信息、激光打印、激光筆、光通信、激光電視、小型激光投影儀、電子信息、集成光學(xué)等領(lǐng)域，是最實用最重要的一類激光器。

光纖激光器是指用摻稀土元素玻璃光纖作為增益介質(zhì)的激光器，應(yīng)用范圍非常廣泛，包括激光光纖通訊、激光空間遠(yuǎn)距通訊、工業(yè)造船、汽車制造、激光雕刻激光打標(biāo)激光切割、印刷制輥、金屬非金屬鉆孔／切割／焊接（銅焊、淬水、包層以及深度焊接）、軍事國防安全、醫(yī)療器械儀器設(shè)備、大型基礎(chǔ)建設(shè)，作為其他激光器的泵浦源等等。

自由電子激光器是一類不同于傳統(tǒng)激光器的新型高功率相干輻射光源，它不需要氣體、液體或固體作為工作物質(zhì)， 而是將高能電子束的動能直接轉(zhuǎn)換成相干輻射能。因此， 也可以認(rèn)為自由電子激光器的工作物質(zhì)就是自由電子。它具有高功率、**率、波長的大范圍調(diào)諧和超短脈沖的時間結(jié)構(gòu)等一系列優(yōu)良特性，除了它， 還沒有一種激光器能同時具備這些特點。在物理學(xué)研究、激光聚變、光化學(xué)、光通訊等領(lǐng)域均有非常可觀的前景。



資訊來源：汕頭羅克自動化