岳阳激光管工作原理 来源:地名查询系统     日期:2018-08-07 09:51:25     浏览量:1016
岳阳激光管工作原理
激励源使介质出现粒子数反转。可以是电激励、光激励、热激励、化学激励等等。电激励用气体放电的方法去激励介质原子;各种激励方式又被形象地称为泵浦或抽运。不断泵浦才能维持上能级粒子数多于下能级,不断获得激光输出。 有了前两者只能保证实现粒子数反转,但这样产生的受激辐射强度很弱,无法实际应用,所以可以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装上两块反射率很高的镜子,一块全反射,一块部分反射,以使激光可透过这块镜子射出,被反射回到工作介质的光继续诱发新的受激发射,光被放大。因此光在谐振腔内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,从部分反射镜一端输出。 激光器中每个横模和纵模都在不同的頻率上振荡。在一个不加限制的激光器中,这两种模式形成的众多模式在同时振荡,腔内光阑可以迫使激光器在单横模上振荡,其原理如图1. 所示在谐振腔中放置一个合适大小的光阑,使只有TEM00模式刚好可以通过它,而腔中的高阶模将被阻止,因为通过光阑强加在高阶模上的损耗将大于激活介质提供的增益。所以激光器讲义单模形式输出。

激光管600

详细参数:

 激光器型号 

 600

 激光器波长:

 10.6μm

 输出功率稳定值:

 30W

 激光器长度: 

 600mm

 激励方式:

 电激励

 输出功率最大值:

 35W

 激光器管径: 

 50±1mm

 起辉电压:   

 18-23KV

 光束偏正方式:

 线性偏正

 光束发散角:  

 2.5mrad

 冷却方式:  

 水冷15-25℃

 工作电压:

 18-21KV

 脉冲频率: 

 100%5KHZ

 光束质量:

 ≤1.1

 激光器重量:

  1.2Kg

 起辉电流:

 3-4mA

 工作最佳电流:

10mA以下

 激光模式:

 多低阶膜

 光斑直径: 

 3±1mm

 外包装尺寸:

 900mmx60mmx50mm

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。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。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。于是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。

按组成谐振腔的两块反射镜的形状以及它们的相对位置,可将光学谐振腔区分为:平行平面腔,平凹腔,对称凹面腔,凸面腔等。平凹腔中如果凹面镜的焦点正好落在平面镜上,则称为半共焦腔;如果凹面镜的球心落在平面镜上,便构成半共心腔。对称凹面腔中两块反射球面镜的曲率半径相同。如果反射镜焦点都位于腔的中点,便称为对称共焦腔。如果两球面镜的球心在腔的中心,称为共心腔。如果光束在腔内传播任意长时间而不会逸出腔外,则称该腔为稳定腔,否则称为不稳定腔。上述列举的谐振腔都属稳定腔。用两块凸面镜组成的谐振腔为不稳定腔。平凹腔中如腔长太长,使凹球面的球心落在腔内,则腔中除沿光轴的光线外,其它方向光束经多次反射后必然会逸出腔外,故也为不稳定腔。对称凹面腔中,如腔长太长,使两球面球心分别落在腔中心点靠近自身一侧,也是一种不稳定腔。谐振腔中包含了能实现粒子数反转的激光工作物质。它们受到激励后,许多原子将跃迁到激发态。但经过激发态寿命时间后又自发跃迁到低能态,放出光子。其中,偏离轴向的光子会很快逸出腔外。只有沿着轴向运动的光子会在谐振腔的两端反射镜之间来回运动而不逸出腔外。这些光子成为引起受激发射的外界光场。促使已实现粒子数反转的工作物质产生同样频率、同样方向、同样偏振状态和同样相位的受激辐射。这种过程在谐振腔轴线方向重复出现,从而使轴向行进的光子数不断增加,最后从部分反射镜中输出。所以,谐振腔是一种正反馈系统或谐振系统。谐振腔的另一功能是对激光波型加以选择,使输出激光具有一定的纵模和横模



受激辐射和光的放大 由量子理论知识知道,一个能级对应电子的一个能量状态。电子能量由主量子数n(n=1,2,…)决定。但是实际描写原子中电子运动状态,除能量外,还有轨道角动量L和自旋角动量s,它们都是量子化的,由相应的量子数来描述。对轨道角动量,波尔曾给出了量子化公式Ln=nh,但这不严格,因这个式子还是在把电子运动看作轨道运动基础上得到的。严格的能量量子化以及角动量量子化都应该有量子力学理论来推导。 量子理论告诉我们,电子从高能态向低能态跃迁时只能发生在l(角动量量子数)量子数相差±1的两个状态之间,这就是一种选择规则。如果选择规则不满足,则跃迁的几率很小,甚至接近零。在原子中可能存在这样一些能级,一旦电子被激发到这种能级上时,由于不满足跃迁的选择规则,可使它在这种能级上的寿命很长,不易发生自发跃迁到低能级上。这种能级称为亚稳态能级。但是,在外加光的诱发和刺激下可以使其迅速跃迁到低能级,并放出光子。这种过程是被“激”出来的,故称受激辐射。 受激辐射的概念世爱因斯坦于1917年在推导普朗克的黑体辐射公式时,第一个提出来的。他从理论上预言了原子发生受激辐射的可能性,这是激光的基础。 受激辐射的过程大致如下:原子开始处于高能级E2,当一个外来光子所带的能量hυ正好为某一对能级之差E2-E1,则这原子可以在此外来光子的诱发下从高能级E2向低能级E1跃迁。这种受激辐射的光子有显著的特点,就是原子可发出与诱发光子全同的光子,不仅频率(能量)相同,而且发射方向、偏振方向以及光波的相位都完全一样。于是,入射一个光子,就会出射两个完全相同的光子。这意味着原来光信号被放大这种在受激过程中产生并被放大的光,就是激光。
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