1、光电子技术 2 激光器件 1固体激光器基本特性 光电子技术精品课程 2 固体激光器 1960 5 17 TedMaiman发明第一台激光器 光电子技术精品课程 3 固体激光器 第一台红宝石激光器的拆卸图 光电子技术精品课程 4 固体激光器特点 运行方式多样 CW PW QCW 调Q 锁模 高平均功率 高重复率 高单脉冲能量及高峰值功率 谱线多 达数千条 分布于可见到近红外区 通过频率变换技术可到紫外区系统简单 制造容易 传输灵活 可接光纤结构紧凑 牢固耐用 价格适宜 光电子技术精品课程 5 1 固体激光器基本特性 1 固体激光器基本特性1 1固体激光器的基本结构和能量转换1 2固体激光器的阈值
2、1 3输出能量 功率 效率和最佳透过率1 4输出稳定性 光谱特性 偏振特性和方向性 光电子技术精品课程 6 1 1固体激光器的基本结构及能量转换 激光器组成 光电子技术精品课程 7 固体激光器基本结构 激光工作物质泵浦源聚光腔谐振腔冷却与滤光 光电子技术精品课程 8 固体激光器的能量转换 光电子技术精品课程 9 量子效率 优质红宝石 0 7普通红宝石 0 5钕玻璃 0 4YAG 1 光电子技术精品课程 10 斯托克斯损失或斯托克斯比 光电子技术精品课程 11 输出耦合系数 光电子技术精品课程 12 1 2固体激光器的阈值 黑体辐射 光电子技术精品课程 13 黑体辐射 光电子技术精品课程 14
3、波耳兹曼分布 光电子技术精品课程 15 波耳兹曼分布 能级简并 光电子技术精品课程 16 爱因斯坦系数 光电子技术精品课程 17 爱因斯坦系数 光电子技术精品课程 18 固体激光器的损耗 透射损耗 T 工作物质的吸收 散射 i 其它元件的反射 吸收 散射及衍射损耗 a 损耗系数 i a 光电子技术精品课程 19 固体激光器的损耗 总往返损耗率 无透射损耗率 光电子技术精品课程 20 固体激光器的损耗 对于某些情况 T 可忽略 光电子技术精品课程 21 固体激光器的阈值 阈值条件 光电子技术精品课程 22 固体激光器阈值 光电子技术精品课程 23 固体激光器阈值 受激辐射截面 光电子技术精品课程
4、 24 固体激光器阈值 光电子技术精品课程 25 三能级系统阈值 S32 W13 n3 0 n1 n2 ntot n n2 n1 g2 g1 光电子技术精品课程 26 三能级系统阈值 光电子技术精品课程 27 四能级系统阈值 调Q状态不成立 光电子技术精品课程 28 脉冲泵浦的阈值能量 若泵浦期间的自发辐射可以忽略 光电子技术精品课程 29 连续器件的阈值功率 单位时间内泵浦到E2上的粒子数密度 单位时间内损耗的粒子数密度 光电子技术精品课程 30 三种工作物质的阈值比较 工作物质尺寸 6mm 100mm 损耗系数 0 01 输出镜透射率T 0 5 L 0 5 c 0 8 ab 0 2 光电子
5、技术精品课程 31 影响阈值的因素 工作物质的种类三能级阈值高于四能级阈值损耗系数 对三能级系统影响小对四能级系统影响显著 质量好的工作介质和精心调节谐振腔可减小 L c ab提高发光效率提高聚光器效率提高光谱匹配效率输出镜反射率R增大R可减小阈值 光电子技术精品课程 32 综合泵浦系数 工作物质横截面面积 对于四能级系统 光电子技术精品课程 33 1 3输出能量 功率 效率和最佳透过率 输出能量 光电子技术精品课程 34 输出功率 光电子技术精品课程 35 斜 率 效率 光电子技术精品课程 36 斜 率 效率 光电子技术精品课程 37 光电子技术精品课程 38 总效率 光电子技术精品课程 3
6、9 最佳透过率 当输入不变时 能得到最大输出的输出镜透过率称为最佳透过率 Topt 对应的最佳反射率用Ropt表示 四能级系统 光电子技术精品课程 40 最佳透过率 光电子技术精品课程 41 最佳透过率 光电子技术精品课程 42 透过率选择 输出能量 功率 高 透过率高 为防止腔内元件损坏 易采用高透过率 依据经验用实验方法确定透过率连续YAG 5 10 脉冲YAG 60 80 脉冲钕玻璃 50 60 脉冲红宝石 40 60 依据最佳透过率公式T 1 2 l 1 有解析公式 三能级公式可参考 激光器件 T较大 或2 l不远小于1时 无法得到解析解 光电子技术精品课程 43 1 4输出稳定性 光
7、谱特性 偏振特性和方向性 输出稳定性长期稳定性工作物质劣化泵源老化聚光器污染谐振腔失调短期稳定性电源不稳灯触发强度变化阈值附近工作外部光学元件反馈激光棒热效应高频起伏驰豫振荡 光电子技术精品课程 44 光谱特性 多纵模工作空间空穴效应高增益多模利用充分利用了反转粒子数 有利于锁模高注入 高输出伴随激光线宽增加 光电子技术精品课程 45 激光束方向性 衍射极限倍数因子M2 光电子技术精品课程 46 影响激光方向性因素 高增益带来的高阶离轴模振荡固体工作物质杂质 应力 激活离子分布不均等缺陷引起的散射和折射光泵浦不均匀导致反转粒子数不均匀 引起折射率不均匀热透镜的会聚作用使发散角增大谐振腔的调整精度 光电子技术精品课程 47 激光的偏振特性 偏振性主要取决于工作物质各向同性介质在应力及热效应作用下导致应力双折射 激光输出具有部分偏振特性 在谐振腔中有偏振元件 激光输出也会具有偏振性
