激光器件是各种能够产生激光的器件总称。近数十年来,激光技术及其应用得到了迅速的普及和发展,新型激光器件不断被开发出来,得到了多方面的应用。
激光器件可以分为三个大类:
气体激光器:如氦氖激光器、氩离子激光器、二氧化碳激光器等。
固体激光器
其他激光器:如染料激光器、准分子激光器、化学激光器等。
各种激光器件的基本工作原理均相同,产生激光的必不可少的条件是粒子数反转和增益大过损耗,所以装置中必不可少的组成部分有激励(或抽运)源、具有亚稳态能级的工作介质两个部分。激励是工作介质吸收外来能量后激发到激发态,为实现并维持粒子数反转创造条件。激励方式有光学激励、电激励、化学激励和核能激励等。工作介质具有亚稳能级是使受激辐射占主导地位,从而实现光放大。激光器件中常见的组成部分还有谐振腔,但谐振腔( 见光学谐振腔)并非必不可少的组成部分,谐振腔可使腔内的光子有一致的频率、相位和运行方向,从而使激光具有良好的方向性和相干性。而且,它可以很好地缩短工作物质的长度,还能通过改变谐振腔长度来调节所产生激光的模式(即选模),所以一般激光器件都具有谐振腔。
1、高增益带来的高阶离轴模振荡
2、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
3、光泵浦不均匀导致反转粒子数不均匀,引起折射率不均匀
4、热透镜的会聚作用使发散角增大
5、谐振腔的调整精度
由于激光器件具备的种种突出特点,因而被很快运用于工业、农业、精密测量和探测、通讯与信息处理、医疗、军事等各方面,并在许多领域引起了革命性的突破。比如,人们利用激光集中而极高的能量,可以对各种材料进行加工,能够做到在一个针头上钻200个孔;激光作为一种在生物机体上引起刺激、变异、烧灼、汽化等效应的手段,已在医疗、农业的实际应用上取得了良好效果;在通信领域,一条用激光柱传送信号的光导电缆,可以携带相当于2万根电话铜线所携带的信息量;激光在军事上除用于通信、夜视、预警、测距等方面外,多种激光武器和激光制导武器也已经投入实用。
今后,随着人类对激光技术的进一步研究和发展,激光器件的性能将进一步提升,成本将进一步降低,但是它的应用范围却还将继续扩大,并将发挥出越来越巨大的作用。
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
染料激光器的激励源是光泵,可以用脉冲氙灯,也可以用氮分子激光器发出的激光。用一种颜色的激光作光泵,结果能产生其他颜色的激光可以说是染料激光器的特点之一。
这种根据需要可以随时改变产生激光的波长的激光器,主要用于光谱学研究;许多物质会有选择地吸收某些波长的光,产生共振现象。科学家用这些现象分析物质,了解材料结构;还用这些激光器来产生新的激光,研究一些奇异的光学和光谱学现象。
光纤通信所需的光源,应该是可高速调制的光源,以便载送大容量信息。如激光器和发光管。所谓“调制”就是按照所要传输的信息来改变光的强度等,以承载信息。 1960年迈曼(Maimen)发明红宝石激光器。激光(Laser)与通常的光线的不同之处主要在于激光的光频非常单纯,具有线状谱线,光学中称为相干光,最适合做光纤通信的光源。而通常的光线的光频十分杂乱,它包含许多波长。而通常的光线的光频十分杂乱,它包含许多波长。相干光的特点是光能集中,是发散角很小,近似平行光。在红宝石激光器发明后,各色各样的激光器相继诞生: 有气体激光器,如氦氖激光器;有固体激光器,如YAG铱铝石榴石激光器;有化学激光器;染料激光器等。其中半导体激光器最适合作光纤通信的光源,它的体积小,效率高,它的波长同光纤的低损失窗口相适合。但半导体激光器的制造工艺十分复杂,需要在极高纯度无缺陷的衬底材料上外延生长5层掺杂的半导体,再在上面光刻微米尺寸的光波导,其难度与光纤相比,有过之而无不及。于70年代末,室温连续工作长寿命的半导体激光器终于制成。1976年,在美国亚特兰大至华盛顿建立了世界上个实用化的光纤通信线路。此时半导体激光器尚未过关,光源是采用半导体发光管。在80年代初,单模光纤和激光器已经成熟,从此光纤通信大容量的优越性逐步得到发挥。
半导体激光器发出的光,谱线很纯,能量集中,光束很细,能高效率地射人芯直径仅8微米的单模光纤中。当今的高速光纤通信系统部采用半导体激光器做光源。