第四章一固体激光器的基本特性精选文档.ppt

第四章一固体激光器第四章一固体激光器的基本特性的基本特性本讲稿第一页，共十六页固体激光器1960-5-17，Ted Maiman 发明第一台激光器发明第一台激光器2本讲稿第二页，共十六页固体激光器第一台红宝石激光器的拆卸图第一台红宝石激光器的拆卸图3本讲稿第三页，共十六页固体激光器特点v运行方式多样：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。v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v系统简单，制造容易，传输灵活，可接光纤v结构紧凑，牢固耐用，价格适宜4本讲稿第四页，共十六页1.固体激光器基本特性v1.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5本讲稿第五页，共十六页固体激光器基本结构1.激光工作物质2.泵浦源3.聚光腔4.谐振腔5.冷却与滤光6本讲稿第六页，共十六页固体激光器的能量转换7本讲稿第七页，共十六页A21 B12 B21E2S32E1W03E3E0b)四能级A21 B12 B21E2S32E1W13E3a)三能级A31A30量子效率优质红宝石:0.7 普通红宝石:0.5钕玻璃:0.4 YAG:18本讲稿第八页，共十六页固体激光器的损耗v透射损耗(T)v工作物质的吸收，散射（i）v其它元件的反射、吸收、散射及衍射损耗（a）v损耗系数=i+a 9本讲稿第九页，共十六页三种工作物质的阈值比较工作物质尺寸：工作物质尺寸：6mm100mm，损耗系数，损耗系数0.01，输出镜透射率输出镜透射率T0.5，L0.5，c0.8，ab0.2参数红宝石Nd3：YAGNd3+:Glass 21（cm2）p（S1）ntot(cm-3)0nth(cm-3)n2th(cm-3)Eth(J)2.510206.2510141.5810190.71.7910188.81018184501020410141.38102018.910168.910160.8331020410142.8510200.51.4910181.4910182810本讲稿第十页，共十六页影响阈值的因素v工作物质的种类三能级阈值高于四能级阈值v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vLcab提高发光效率提高聚光器效率提高光谱匹配效率v输出镜反射率R增大R可减小阈值11本讲稿第十一页，共十六页透过率选择v输出能量(功率)高，透过率高。v为防止腔内元件损坏，易采用高透过率。v依据经验用实验方法确定透过率连续YAG：510脉冲YAG：6080脉冲钕玻璃：5060%脉冲红宝石：406012本讲稿第十二页，共十六页1.41.4输出稳定性、光谱特性、偏振特性和方向输出稳定性、光谱特性、偏振特性和方向性性v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13本讲稿第十三页，共十六页激光束方向性v衍射极限倍数因子M214本讲稿第十四页，共十六页影响激光方向性因素v高增益带来的高阶离轴模振荡v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v光泵浦不均匀导致反转粒子数不均匀，引起折射率不均匀v热透镜的会聚作用使发散角增大v谐振腔的调整精度15本讲稿第十五页，共十六页激光的偏振特性v偏振性主要取决于工作物质v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。v在谐振腔中有偏振元件，激光输出也会具有偏振性16本讲稿第十六页，共十六页