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详解固体激光器

导读: 固体激光器用固体激光材料作为工作物质的激光器。1960年,T.H.梅曼发明的红宝石激光器就是固体激光器,也是世界上第一台激光器。

  固体激光器用固体激光材料作为工作物质的激光器。1960年,T.H.梅曼发明的红宝石激光器就是固体激光器,也是世界上第一台激光器。固体激光器一般由激光工作物质、激励源、聚光腔、谐振腔反射镜和电源等部分构成。

  这类激光器所采用的固体工作物质,是把具有能产生受激发射作用的金属离子掺入晶体而制成的。在固体中能产生受激发射作用的金属离子主要有三类:(1)过渡金属离子(如Cr3+);(2)大多数镧系金属离子(如Nd3+、Sm2+、Dy2+等);(3)锕系金属离子(如U3+)。这些掺杂到固体基质中的金属离子的主要特点是:具有比较宽的有效吸收光谱带,比较高的荧光效率,比较长的荧光寿命和比较窄的荧光谱线,因而易于产生粒子数反转和受激发射。用作晶体类基质的人工晶体主要有:刚玉(NaAlSi2O6)、钇铝石榴石(Y3Al5,O12)、钨酸钙(CaWO4)、氟化钙(CaF2)等,以及铝酸钇(YAlO3)、铍酸镧(La2Be2O5)等。用作玻璃类基质的主要是优质硅酸盐光学玻璃,例如常用的钡冕玻璃和钙冕玻璃。与晶体基质相比,玻璃基质的主要特点是制备方便和易于获得大尺寸优质材料。对于晶体和玻璃基质的主要要求是:易于掺入起激活作用的发光金属离子;具有良好的光谱特性、光学透射率特性和高度的光学(折射率)均匀性;具有适于长期激光运转的物理和化学特性(如热学特性、抗劣化特性、化学稳定性等)。晶体激光器以红宝石(Al2O3:Cr3+)和掺钕钇铝石榴石(简写为YAG:Nd3+)为典型代表。玻璃激光器则是以钕玻璃激光器为典型代表。

  工作物质

  固体激光器的工作物质,由光学透明的晶体或玻璃作为基质材料,掺以激活离子或其他激活物质构成。这种工作物质一般应具有良好的物理-化学性质、窄的荧光谱线、强而宽的吸收带和高的荧光量子效率。

  玻璃激光工作物质容易制成均匀的大尺寸材料,可用于高能量或高峰值功率激光器。但其荧光谱线较宽,热性能较差,不适于高平均功率下工作。常见的钕玻璃有硅酸盐、磷酸盐和氟磷酸盐玻璃。80年代初期,研制成功折射率温度系数为负值的钕玻璃,可用于高重复频率的中、小能量激光器。

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