光纖激光器的工作原理如下:泵浦源發(fā)出的泵浦光通過(guò)鏡子耦合到增益介質(zhì)中,因為增益介質(zhì)是稀有的摻土光纖,因此泵浦光被吸收,吸收光子能量的稀土離子發(fā)生能級躍遷,實(shí)現布居反轉。形成穩定的激光輸出。光纖激光器的工作原理主要是基于光纖激光器的特殊結構。激光器由工作材料、泵浦源和諧振腔三部分組成。具體功能如下: 1、增益光纖是產(chǎn)生光子的增益介質(zhì)。 2、泵浦光的作用是利用外界能量使增益介質(zhì)實(shí)現粒子數反轉,即泵浦源。 3、 光學(xué)諧振腔由兩個(gè)反射鏡組成。
激光加工中使用的“工具”是集中光斑,不需要額外的設備和材料。只要激光器能正常工作,就可以長(cháng)時(shí)間連續加工。激光加工速度快,成本低。激光加工由電腦自動(dòng)控制,生產(chǎn)過(guò)程無(wú)需人工干預。
激光加工技術(shù)是利用激光束與材料相互作用的特性進(jìn)行切割、焊接、表面加工、沖壓、微加工以及作為光源、識別物體等的一種技能,最傳統使用的類(lèi)別是激光加工技能。激光技術(shù)是一門(mén)綜合技能,涉及光、機、電、材料和檢測等多學(xué)科。
一種可以發(fā)射激光的裝置。 2009年研制出第一臺微波量子放大器,獲得了高度相干的微波束。年 A.L.肖洛和 C.H.湯斯將微波量子放大器的原理擴展到光學(xué)頻率范圍,并指出了產(chǎn)生激光的方法。第一臺紅寶石激光器由 T.H.邁曼等人。甲年。賈文等人制造了氦氖激光器。注冊護士年霍爾等人發(fā)明了砷化鎵半導體激光器。從那時(shí)起,激光器的種類(lèi)越來(lái)越多。根據工作介質(zhì),激光器可分為四類(lèi):氣體激光器、固態(tài)激光器、半導體激光器和染料激光器。最近,還開(kāi)發(fā)了自由電子激光器。工作介質(zhì)是在周期性磁場(chǎng)中運動(dòng)的高速電子束。激光波長(cháng)可以覆蓋從微波到 X 射線(xiàn)的寬波段。按工作方式有連續、脈沖、調Q、超短脈沖等幾種。高功率激光器通常是脈沖輸出的。各種類(lèi)型的激光器發(fā)射出數千種激光波長(cháng)。微波波段最長(cháng)波長(cháng)為0、7毫米,遠紫外波段最短波長(cháng)為埃。 X 射線(xiàn)波段的激光也在研究中。
除自由電子激光器外,各種激光器的基本工作原理相同,器件的基本組成部分包括激發(fā)(或泵浦)、具有亞穩態(tài)能級的工作介質(zhì)和諧振器(見(jiàn)光學(xué)諧振腔) ) 3 部分。激發(fā)是工作介質(zhì)在吸收外界能量后激發(fā)到激發(fā)態(tài),為實(shí)現和維持粒子數反轉創(chuàng )造條件。激發(fā)方法包括光激發(fā)、電激發(fā)、化學(xué)激發(fā)和核能激發(fā)。工作介質(zhì)具有亞穩態(tài)能級,以受激發(fā)射為主,從而實(shí)現光放大。諧振器可以使腔內的光子具有相同的頻率、相位和運行方向,使激光具有良好的方向性和相干性。
激光工作材料是指用于實(shí)現粒子數反轉并產(chǎn)生受激輻射放大光的材料體系,有時(shí)也稱(chēng)為激光增益介質(zhì),可以是固體(晶體、玻璃)、氣體(原子氣體)、離子氣體,分子氣體),半導體和液體。對激光工作材料的主要要求是盡可能在其工作粒子的比能級之間實(shí)現較大程度的粒子數反轉,并在整個(gè)激光發(fā)射過(guò)程中盡可能有效地保持這種反轉;為此,要求工作物質(zhì)具有合適的能級結構和躍遷特性。 彩色激光打印機轉印帶原理。
激發(fā)(泵)系統是指為激光工作材料提供能量源以實(shí)現和維持粒子數反轉的機構或裝置。根據工作材料和激光器的工作條件,可以采用不同的激發(fā)方式和激發(fā)裝置,常見(jiàn)的有以下四種。 ① 光激發(fā)(光泵)。整個(gè)激發(fā)裝置通常由氣體放電光源(如氙燈、氪燈)和聚光鏡組成。 ②氣體放電激勵。粒子數反演是通過(guò)氣體工作物質(zhì)中發(fā)生的氣體放電過(guò)程來(lái)實(shí)現的。整個(gè)勵磁裝置通常由放電電極和放電電源組成。 ③化學(xué)誘因。粒子數反演是利用工作物質(zhì)內部發(fā)生的化學(xué)反應過(guò)程實(shí)現的,通常需要適當的化學(xué)反應物和相應的引發(fā)措施。 ④ 核能激勵。它利用裂變碎片、高能粒子或小核裂變反應產(chǎn)生的輻射來(lái)激發(fā)工作物質(zhì),實(shí)現種群反轉。
光學(xué)諧振腔通常由兩個(gè)具有一定幾何形狀和光學(xué)反射特性的反射鏡以特定方式組合而成。其作用是:①提供光反饋能力,使受激輻射光子在腔內多次往返,形成相干連續振蕩。 ②限制腔內往復振蕩光束的方向和頻率,保證輸出激光具有一定的方向性和單色性。諧振腔的效果①由幾何形狀(反射面的曲率半徑)和通常構成諧振腔的兩個(gè)反射鏡的相對組合決定;不同頻率的光具有不同的選擇性損耗特性。 激光器工作原理概述。
有許多類(lèi)型的分類(lèi)激光器。下面將從激光工作材料、激發(fā)方式、工作方式、輸出波長(cháng)范圍等方面進(jìn)行分類(lèi)介紹。
工作物質(zhì)的分類(lèi) 根據工作物質(zhì)的不同狀態(tài),所有激光器可分為以下幾類(lèi): ①固態(tài)(晶體和玻璃)激光器,此類(lèi)激光器中使用的工作物質(zhì)是由混合制成的金屬離子受激發(fā)射進(jìn)入晶體或玻璃基體,形成發(fā)光中心; ②氣體激光器,它們使用的工作物質(zhì)是氣體,根據氣體中實(shí)際產(chǎn)生受激發(fā)射的工作粒子的性質(zhì)不同,又分為原子氣體激光器、離子氣體激光器、分子氣體激光器、準分子氣體激光器, 等等。; ③液體激光器,這類(lèi)激光器使用的工作物質(zhì)主要有兩類(lèi),一類(lèi)是有機熒光染料溶液,另一類(lèi)是含有稀土金屬離子的無(wú)機化合物溶液,其中金屬離子(如Nd)起工作顆粒,而無(wú)機化合物液體(如 SeOCl)起基質(zhì)作用; ④ 半導體激光器,這類(lèi)激光器是以某些半導體材料為基礎的。作為工作物質(zhì),產(chǎn)生受激發(fā)射。其原理是通過(guò)一定的激發(fā)方式(電注入、光泵浦或高能電子束注入),在半導體材料的能帶之間或能帶與雜質(zhì)能級之間,通過(guò)激發(fā)非平衡載流子來(lái)實(shí)現種群反轉,從而產(chǎn)生受激發(fā)射光; ⑤ 自由電子激光器,它是一種特殊的新型激光器,工作物質(zhì)在空間周期性磁場(chǎng)中方向自由地高速運動(dòng),電子束通過(guò)改變自由電子束的速度可以產(chǎn)生可調諧的相干電磁輻射.原則上,它的相干輻射光譜可以從X射線(xiàn)波段過(guò)渡到微波區域,因此具有非常誘人的前景。
按激發(fā)法分類(lèi) ①光泵浦激光器。指由光泵激發(fā)的激光器,包括幾乎所有的固態(tài)激光器和液態(tài)激光器,以及少數氣體激光器和半導體激光器。 ②電激發(fā)激光。大多數氣體激光器是通過(guò)氣體放電(直流放電、交流放電、脈沖放電、電子束注入)來(lái)激發(fā)的,而常見(jiàn)的半導體激光器大多是通過(guò)結電流注入來(lái)激發(fā)的,有些半導體激光器也可以通過(guò)結電流注入來(lái)激發(fā)。由高能電子束注入激發(fā)。 ③化學(xué)激光。這具體是指激光利用化學(xué)反應釋放的能量激發(fā)工作物質(zhì),預期產(chǎn)生的化學(xué)反應可以分別由光、放電和化學(xué)觸發(fā)。 ④核泵浦激光器。指利用微小核裂變反應釋放的能量來(lái)激發(fā)工作物質(zhì)的一種特殊類(lèi)型的激光器,如核泵浦氦氬激光器。 激光打印機原理詳解。
按工作方式分類(lèi) 由于激光器的工作物質(zhì)、激發(fā)方式和應用目的不同,其工作方式和工作狀態(tài)也不同,因此可分為以下幾種主要類(lèi)型。 ①連續激光,其工作特性是工作物質(zhì)的激發(fā)和相應的激光輸出,可以在較長(cháng)的時(shí)間范圍內以連續的方式連續進(jìn)行。而半導體激光器就屬于這一類(lèi)。由于設備在連續運行過(guò)程中往往不可避免地會(huì )出現過(guò)熱效應,因此大多需要采取適當的降溫措施。 ②單脈沖激光器,對于這種激光器,工作材料的激發(fā)和相應的激光發(fā)射在時(shí)間上都是一個(gè)單脈沖過(guò)程。一般的固體激光器、液體激光器和一些特殊的氣體激光器,都是這樣工作的,此時(shí)器件的熱效應可以忽略不計,所以不能采取特殊的冷卻措施。 ③重復脈沖激光。這種設備的特點(diǎn)是其輸出是一系列重復的激光脈沖。為此,該器件可以以重復脈沖的形式被激發(fā),或者以連續的方式激發(fā),但以某種方式調制激光振蕩過(guò)程。獲得重復的脈沖激光輸出通常還需要對設備采取有效的冷卻措施。 ④調光激光器,是指采用一定的開(kāi)關(guān)技術(shù)獲得更高輸出功率的脈沖激光器。其工作原理是工作物質(zhì)的粒子數反轉狀態(tài)形成后,不引起激光振蕩(開(kāi)關(guān)關(guān)閉)。 ),當粒子數積累到足夠高的水平后,突然打開(kāi)開(kāi)關(guān),這樣可以在很短的時(shí)間內(例如,10- 10 秒)(參見(jiàn)“技術(shù)”類(lèi)=鏈接>激光調諧技術(shù))。 ⑤鎖模激光器,它是一種采用鎖模技術(shù)的特殊類(lèi)型激光器,其工作特點(diǎn)是諧振腔內不同縱模之間存在一定的相位關(guān)系,所以從時(shí)間上看,該系列是一個(gè)等間隔的一系列激光超短脈沖(脈沖寬度 10-10 秒)。如果進(jìn)一步采用特殊的快速光開(kāi)關(guān)技術(shù),也可以從上述脈沖序列中選擇單個(gè)超短激光脈沖(見(jiàn)激光鎖模技術(shù))。 ⑥單模和穩頻激光器,單模激光器是指采用一定限模技術(shù)后工作在單橫?;騿慰v模的激光器,穩頻激光器是指采用一定的自動(dòng)控制措施來(lái)穩定輸出激光波長(cháng)或頻率在一定精度范圍內的特種激光器件,在某些情況下,還可制成具有單模工作和自動(dòng)穩頻控制能力的特種激光器件(見(jiàn)激光穩頻技術(shù))⑦可調諧激光器,一般來(lái)說(shuō),激光器的輸出波長(cháng)是固定的,但是在使用特殊的調諧技術(shù)后,一些激光器的輸出激光波長(cháng)可以在一定范圍內連續可控地變化。 ,這種類(lèi)型的激光器稱(chēng)為可調諧激光器(見(jiàn)激光調諧技術(shù))。
按輸出波段范圍分類(lèi)根據輸出激光波長(cháng)范圍的不同,各種類(lèi)型的激光器可分為以下幾種。 ①遠紅外激光,輸出波長(cháng)范圍在25微米到微米之間,部分分子氣體激光器和自由電子激光器的激光輸出落入該區域。 ②中紅外激光器是指輸出激光波長(cháng)在中紅外區域(2、5-25微米)的激光器件。 ,以CO分子氣體激光器(10、6微米)和CO分子氣體激光器(5-6微米)為代表。 ③近紅外激光器是指輸出激光波長(cháng)在近紅外區域(0、75-2、5微米)的激光器件,以摻釹固態(tài)激光器(1、06微米)、CaAs半導體二極管激光器(約0、8微米)為代表,以及一些氣體激光器等。 ④可見(jiàn)激光器是指輸出激光波長(cháng)在可見(jiàn)光譜區(~?;?、4~0、7微米)的一類(lèi)激光器。代表的有紅寶石激光器(Angstrom)、氦氖激光器(Angstrom)、氬離子激光器(Angstrom、Angstrom)、氪離子激光器(Angstrom、Angstrom、Angstrom、Angstrom)以及一些可調諧染料激光器等。⑤近紫外激光器,其輸出激光波長(cháng)范圍在近紫外光譜區(~埃),以氮分子激光器(埃)、氟化氙(XeF)準分子激光器(埃、埃)、氟化氪(KrF)準分子激光器(E)為代表和一些可調諧染料激光器。 )等待。 ⑦X射線(xiàn)激光器,是指輸出波長(cháng)在X射線(xiàn)光譜區域(0、01-50埃)的激光系統。目前軟X射線(xiàn)已經(jīng)研制成功,但仍處于探索階段。
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