激光器的原理|结构|特点

　　激光器是一种能发射激光的装置，激光器发出的光质量纯净、光谱稳定可以在很多方面被应用。目前已经运用于工业、农业、精密测量和探测、通讯与信息处理、YL、军事等各方面。

激光器是什么

　　激光器是一种能发射激光的装置。1954年制成了diyi台微波量子放大器，获得了高度相干的微波束。1958年肖洛和汤斯把微波量子放大器原理推广应用到光频范围，并指出了产生激光的方法。1960年梅曼等人制成了diyi台红宝石激光器。1961年贾文等人制成了氦氖激光器。1962年霍耳等人创制了砷化镓半导体激光器。以后，激光器的种类就越来越多。按工作介质分，激光器可分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器4大类。现代高科技领域中，激光器从发明到渐渐深入发展，并逐渐占有越来越重要的地位。激光科学技术的兴起使人类对光的认识和利用达到了一个崭新的水平。

激光器的原理

　　激光器顾名思义就是能发射激光的装置。从1954年制成了diyi台微波量子放大器，获得了高度相干的微波束。一直到现在，激光器的种类就越来越多。按工作介质分，激光器可分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器4大类，近来还发展了自由电子激光器。其工作介质是在周期性磁场中运动的高速电子束，激光波长可覆盖从微波到X射线的广阔波段。按工作方式分，有连续式、脉冲式、调Q和超短脉冲式等几类。

　　除自由电子激光器外，各种激光器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)，所以一般激光器都具有谐振腔。

激光器的结构

　　激光器一般包括三个部分。

　　1、激光工作介质

　　激光的产生必须选择合适的工作介质，可以是气体、液体、固体或半导体。在这种介质中可以实现粒子数反转，以制造获得激光的必要条件。显然亚稳态能级的存在，对实现粒子数反转世非常有利的。激光器现有工作介质近千种，可产生的激光波长包括从真空紫外道远红外，非常广泛。

　　2、激励源

　　为了使工作介质中出现粒子数反转，必须用一定的方法去激励原子体系，使处于上能级的粒子数增加。一般可以用气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发介质原子，称为电激励;也可用脉冲光源来照射工作介质，称为光激励;还有热激励、化学激励等。激光器各种激励方式被形象化地称为泵浦或抽运。为了不断得到激光输出，必须不断地“泵浦”以维持处于上能级的粒子数比下能级多。

　　3、谐振腔

　　有了合适的工作物质和激励源后，可实现粒子数反转，但这样产生的受激辐射强度很弱，无法实际应用。人们就想到了用光学谐振腔进行放大。所谓光学谐振腔，实际是在激光器两端，面对面装上两块反射率很高的镜。一块几乎全反射，一块光大部分反射、少量透射出去，以使激光可透过这块镜子而射出。被反射回到工作介质的光，继续诱发新的受激辐射，光被放大。因此，光在谐振腔中来回振荡，造成连锁反应，雪崩似的获得放大，产生强烈的激光，从部分反射镜子一端输出。

激光器的主要特点

　　激光器主要有四大特性：激光高亮度、高方向性、高单色性和高相干性。

　　激光器的高亮度：固体激光器的亮度更可高达10^11W/cm2Sr。不仅如此，具有高亮度的激光束经透镜聚焦后，能在焦点附近产生数千度乃至上万度的高温，这就使其可能可加工几乎所有的材料。

　　激光器的高方向性：激光的高方向性使其能在有效地传递较长的距离的同时，还能保证聚焦得到极高的功率密度，这两点都是激光加工的重要条件

　　激光器的高单色性：由于激光的单色性极高，从而保证了光束能精确地聚焦到焦点上，得到很高的功率密度。

　　激光器的高相干性：相干性主要描述光波各个部分的相位关系。正是激光具有如上所述的奇异特性因此在工业加工中得到了广泛地应用。