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三张表看懂各类激光器的特点及应用

导读: 激光技术已从方方面面走进了人们的生活,但激光器种类繁多,其各自波长不同,特性不同,因此所应用的领域也不同。相信大多数人面对纷繁复杂的激光器种类,多少觉得有点头疼。因此,本文将各类型的激光器进行了汇总,为大家逐一讲解各类激光器的特点及实际应用的情况。

Yb:YAG,在YAG中掺入镱(Yb),可输出1030nm的光。Yb:YAG的泵浦波长为941nm,与输出波长非常接近,可实现91.4%的泵浦量子效率,伴随泵浦产生的热量则被抑制到10%以内(输入的能量大多数转换为输出激光的能量,少部分变成热,意味着转换效率很高),是Nd:YAG的25%~30%。Yb:YAG已成为最引人注目的固体激光介质之一,LD泵浦的高功率Yb:YAG固体激光器成为新的研究热点,并被视为发展高效、高功率固体激光器的一个主要方向。

除了上述两种,YAG还可掺入钬(Ho)、铒(Er)等。Ho:YAG可产生对人眼安全的2097nm和2091nm激光,主要适用于光通信,雷达和医学应用。Er:YAG则输出2.9μm的光,人体对这一波长吸收率很高,对激光外科和血管外科有很大的应用潜力。

气体激光器是利用气体作为增益介质的激光器,一般是对气体放电进行泵浦(与固体激光器大同小异,不再赘述)。气体种类有原子气体(氦氖激光器、惰性气体离子激光器、金属蒸汽激光器)、分子气体(氮气激光器、二氧化碳激光器)、准分子气体,还有通过化学反应提供泵浦能量的特殊气体激光器。

三张表看懂各类激光器的特点及应用

氦氖激光器(HeNe)是以75%以上的He和15%以下的Ne的混合气体作为增益介质,根据工作环境不同,可发出绿(543.5nm)、黄(594.1nm)、橙(612.0nm)、红(632.8nm)及三种近红外光(1152nm、1523nm和3391nm),其中红光(632.8nm)最为常用。HeNe激光器输出的光束呈高斯分布,光束质量非常稳定,虽然功率不高,但在精密测量领域有着不俗的表现。

惰性气体激光器常见的是氩离子(Ar+)和氪离子(Kr+)。其能量转化率最高可达0.6%,可长期连续稳定输出30-50w的功率,寿命超过1000h。主要用于激光显示、拉曼光谱、全息、非线性光学等研究领域以及医疗诊断、打印分色、计量测定材料加工及信息处理等方面。

金属蒸汽激光器以铜蒸气为例。铜蒸气激光器主要输出绿光(510.5nm)和黄光(578.2nm),可达到100w的平均功率和100kw的峰值功率。  其主要应用领域为染料激光器的泵浦源。此外,还可用于高速闪光照相、大屏幕投影电视及材料加工等。

氮分子激光器以氮气为增益介质,可发射337.1nm 、357.7 nm、315.9 nm的紫外光,峰值功率可达45kw。可作为有机染料激光器的泵浦光源,在激光分离同位素、荧光诊断、超高速摄影、污染检测以及医疗卫生、农业育种等方面也得到广泛应用。由于其短波长更易聚焦得到小光斑,因此还可用于加工亚微米量级的元件。

二氧化碳激光器所用的增益介质是混了氦气和氮气的二氧化碳,可输出以9.6μm和10.6μm波长为中心的远红外光。二氧化碳激光器的能量转换率高,输出功率可从几瓦到几万瓦,加上极高的光束质量,使得二氧化碳激光器在材料加工、科研、国防及医学方面均有着广泛应用。

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