固體激光器原理及構成

 

　　固體激光器中，由泵浦系統輻射的光能，經過聚焦腔，使在固體工作物質中的激活粒子能夠有效的吸收光能，讓工作物質中形成粒子數反轉，通過諧振腔，從而輸出激光。

 

　　下面小編給大家介紹一下固體激光器原理及構成。

 

　　如圖1所示,固體激光器的基本結構（有部分結構沒有畫出）。固體激光器主要由工作物質、泵浦系統、聚光系統、光學諧振腔及冷卻與濾光系統等五個部分組成。工作物質工作物質——激光器的核心，是由激活粒子（都為金屬）和基質兩部分組成，激活粒子的能級結構決定了激光的光譜特性和熒光壽命等激光特性，基質主要決定了工作物質的理化性質。根據激活粒子的能級結構形式，可分為三能級系統（例如紅寶石激光器）與四能級系統（例如Er：YAG激光器）。

 

　　工作物質的形狀目前常用的主要有四種：圓柱形（目前使用最多）、平板形、圓盤形及管狀。泵浦系統泵浦源能夠提供能量使工作物質中上下能級間的粒子數翻轉，目前主要采用光泵浦。泵浦光源需要滿足兩個基本條件：有很高的發光效率和輻射光的光譜特性應與工作物質的吸收光譜相匹配。常用的泵浦源主要有惰性氣體放電燈、太陽能及二極管激光器。其中惰性氣體放電燈是當前最常用的，太陽能泵浦常用在小功率器件（尤其在航天工作中的小激光器可用太陽能最為永久能源），二極管(LD)泵浦是目前固體激光器的發展方向，它集合眾多優點于一身，已成為當前發展最快的激光器之一。LD泵浦的方式可以分為兩類，橫向：同軸入射的端面泵浦（如圖2 a）；縱向：垂直入射的側面泵浦。LD泵浦的固體激光器有很多優點，壽命長、頻率穩定性好、熱光畸變小等等，當然最突出的優點是泵浦效率高，因為它泵浦光波長與激光介質吸收譜嚴格匹配。

 

　　聚光系統聚光腔的作用有兩個：一個是將泵浦源與工作物質有效的耦合；另一個是決定激光物質上泵浦光密度的分布，從而影響到輸出光束的均勻性、發散度和光學畸變。工作物質和泵浦源都安裝在聚光腔內，因此聚光腔的優劣直接影響泵浦的效率及工作性能。如下圖3所示為橢圓柱聚光腔，是目前小型固體激光器最常采用的。光學諧振腔光學諧振腔由全反射鏡和部分反射鏡組成，是固體激光器的重要組成部分。光學諧振腔除了提供光學正反饋維持激光持續振蕩以形成受激發射，還對振蕩光束的方向和頻率進行限制，以保證輸出激光的高單色性和高定向性。