固體激光器特點

 

　　固體激光器具有體積小、使用方便、輸出功率大的特點。固體激光器一般連續功率在100瓦以上，脈沖峰值功率可高達109 W。但由于工作介質的制備較復雜，所以價格較貴。[

 

　　在激光器中以固體激光器發展最早，這種激光器體積小，輸出功率大，應用方便。由于工作物質很復雜，造價高。當今用于固體激光器的物質主要有三種：摻釹鋁石榴石（Nd：YAG）工作物質，輸出的波長為1.06μm呈白藍色光；釹玻璃工作物質，輸出波長1.06μm呈紫藍色光；紅寶石工作物質，輸出波長為694.3nm，為紅色光。主要用光泵的作用，產生光放大，發出激光，即光激勵工作物質。

 

　　固定激光器的結構由三個主要部分組成：工作物質，光學諧振腔、激勵源。聚光腔是使光源發出的光都會聚于工作物質上。工作物質吸收足夠大的光能，激發大量的粒子，促成粒子數反轉。當增益大于諧振腔內的損耗時產生腔內振蕩并由部分反射鏡一端輸出一束激光。工作物質有2條主要作用：一是產生光；二是作為介質傳播光束。因此，不管哪一種激光器，對其發光性質及光學性質都有一定要求。

 

　　固體激光器特點

 

　　這是一類以固態基質中摻入少量激活元素為工作物質的激光器。“固態基質”包括絕緣體和半導體，但半導體激光器通常都不被列入固體激光器中而需要單獨介紹。用作基質的絕緣體主要有剛玉、石榴石晶體及各種玻璃，而最常見的激活離子則為釹等所謂稀土元素離子。例如，世界上第一臺激光器所用工作物質紅寶石，就是摻入極少量鉻離子的剛玉。

 

　　由于紅寶石激光器是最早發明的激光器，所以，激光的很多早期應用都與其有關。但隨著性能更好的激光工作物質的發現，紅寶石激光器在許多領域的應用都被這些激光器所取代。目前這種器件最重要的應用是全息術。此外，還可用于測量等離子中電子的密度和溫度等參量。

 

　　以摻有一定量釹離子（Nd3+）的釔鋁石榴石（YAG）晶體或玻璃為工作物質的激光器分別稱為摻釹釔鋁石榴石（Nd∶YAG）激光器和釹玻璃激光器。前者輸出1.064微米的近紅外輻射，而后者的波長范圍為1.054～1.062微米。Nd∶YAG晶體具有好的光學質量和高的熱導率，這使它可以在較高的重復頻率下工作。最近幾年發展起來的二極管泵浦技術使Nd∶YAG激光器的能量轉換效率大大提高，結構更加緊湊。激光器的輸出功率和能量主要受工作物質尺寸的限制，晶體的長度典型情況下在0.1米左右，而直徑一般不超過12毫米。與此相比，釹玻璃的尺寸則大得多，目前已生產出長2米、直徑75毫米的棒材和直徑0.9米、厚50毫米的圓片。這種材料的主要缺點是導熱性較差，因而只能以低重復頻率工作。例如，美國前不久建造的一臺大型釹玻璃激光器，每個脈沖的輸出能量達1萬焦，峰值功率在1013瓦以上，但其重復頻率是每天只有幾個脈沖。

 

　　摻釹激光器是當前應用最廣的固體器件之一，主要用于各種材料的加工，如打孔、點焊、激光標刻及集成電路中厚膜、薄膜電路的加工制造、冗余修復等；在醫療上則可用于多種外科手術；軍事上，Nd∶YAG激光器被廣泛應用于激光測距機、目標指示器和激光雷達；將高功率激光束聚焦到靶上產生的高溫等離子體可輻射X射線和軟X射線譜；大型激光系統可用于慣性約束核聚變；倍頻后的綠光和紫外輻射則是可調諧染料激光器的理想泵浦源。