固體激光器原理及構(gòu)成

 

　　固體激光器中，由泵浦系統(tǒng)輻射的光能，經(jīng)過聚焦腔，使在固體工作物質(zhì)中的激活粒子能夠有效的吸收光能，讓工作物質(zhì)中形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，通過諧振腔，從而輸出激光。

 

　　下面小編給大家介紹一下固體激光器原理及構(gòu)成。

 

　　如圖1所示,固體激光器的基本結(jié)構(gòu)（有部分結(jié)構(gòu)沒有畫出）。固體激光器主要由工作物質(zhì)、泵浦系統(tǒng)、聚光系統(tǒng)、光學(xué)諧振腔及冷卻與濾光系統(tǒng)等五個(gè)部分組成。工作物質(zhì)工作物質(zhì)——激光器的核心，是由激活粒子（都為金屬）和基質(zhì)兩部分組成，激活粒子的能級(jí)結(jié)構(gòu)決定了激光的光譜特性和熒光壽命等激光特性，基質(zhì)主要決定了工作物質(zhì)的理化性質(zhì)。根據(jù)激活粒子的能級(jí)結(jié)構(gòu)形式，可分為三能級(jí)系統(tǒng)（例如紅寶石激光器）與四能級(jí)系統(tǒng)（例如Er：YAG激光器）。

 

　　工作物質(zhì)的形狀目前常用的主要有四種：圓柱形（目前使用最多）、平板形、圓盤形及管狀。泵浦系統(tǒng)泵浦源能夠提供能量使工作物質(zhì)中上下能級(jí)間的粒子數(shù)翻轉(zhuǎn)，目前主要采用光泵浦。泵浦光源需要滿足兩個(gè)基本條件：有很高的發(fā)光效率和輻射光的光譜特性應(yīng)與工作物質(zhì)的吸收光譜相匹配。常用的泵浦源主要有惰性氣體放電燈、太陽(yáng)能及二極管激光器。其中惰性氣體放電燈是當(dāng)前最常用的，太陽(yáng)能泵浦常用在小功率器件（尤其在航天工作中的小激光器可用太陽(yáng)能最為永久能源），二極管(LD)泵浦是目前固體激光器的發(fā)展方向，它集合眾多優(yōu)點(diǎn)于一身，已成為當(dāng)前發(fā)展最快的激光器之一。LD泵浦的方式可以分為兩類，橫向：同軸入射的端面泵浦（如圖2 a）；縱向：垂直入射的側(cè)面泵浦。LD泵浦的固體激光器有很多優(yōu)點(diǎn)，壽命長(zhǎng)、頻率穩(wěn)定性好、熱光畸變小等等，當(dāng)然最突出的優(yōu)點(diǎn)是泵浦效率高，因?yàn)樗闷止獠ㄩL(zhǎng)與激光介質(zhì)吸收譜嚴(yán)格匹配。

 

　　聚光系統(tǒng)聚光腔的作用有兩個(gè)：一個(gè)是將泵浦源與工作物質(zhì)有效的耦合；另一個(gè)是決定激光物質(zhì)上泵浦光密度的分布，從而影響到輸出光束的均勻性、發(fā)散度和光學(xué)畸變。工作物質(zhì)和泵浦源都安裝在聚光腔內(nèi)，因此聚光腔的優(yōu)劣直接影響泵浦的效率及工作性能。如下圖3所示為橢圓柱聚光腔，是目前小型固體激光器最常采用的。光學(xué)諧振腔光學(xué)諧振腔由全反射鏡和部分反射鏡組成，是固體激光器的重要組成部分。光學(xué)諧振腔除了提供光學(xué)正反饋維持激光持續(xù)振蕩以形成受激發(fā)射，還對(duì)振蕩光束的方向和頻率進(jìn)行限制，以保證輸出激光的高單色性和高定向性。