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2018-08-06 12:29 |
幾種激光器的特點及其應(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。 TJN4k@\$2
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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。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。 j [a(#V{
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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)生過程。常用的激活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)采用不同的激活離子、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。 ;*N5Y}?j'
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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性病變（皮膚長斑）的治療。 mR~&)QBP.
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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。 j+!v}*I![
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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，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，可實現(xiàn)激光器的高效率，高功率，長壽命。Nd：YAG激光器可用于血管瘤的治療，抑制腫瘤生長。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。 )1z@
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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)展高效、高功率固體激光器的一個主要方向。 LscG Ts,
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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。 lFk R=!?=
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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。 HsWk*L `y
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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，但在精密測量領(lǐng)域有著不俗的表現(xiàn)。 5^cCY'I
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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)化率最高可達(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。 Fcx&hj1gQ
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