能發(fā)射激光的裝置。按工作介質(zhì)分,激光器可分為氣體激光器、固體激光器、半導(dǎo)體激光器和染料激光器4大類。近來還發(fā)展了自由電子激光器。
介質(zhì)是氣體的激光器,此種激光器通過放電得到激發(fā)。
氦氖激光器:最重要的紅光放射源(632.8 nm)。
二氧化碳激光器:波長約10.6 μm(紅外線),重要的工業(yè)激光。
一氧化碳激光器:波長約6-8 μm(紅外線),只在冷卻的條件下工作。
氮氣激光器:337.1 nm (紫外線)。
氬離子激光器:具有多個波長,457.9 nm (8%)丶476.5 nm (12%)丶488.0 nm (20%)丶496.5 nm (12%)丶501.7 nm (5%)丶514.5 nm (43%)(由藍光到綠光)。
氦鎘激光器:最重要的藍光(442nm)和近紫外激光源(325nm)。
氪離子激光器:具有多個波長,350.7nm丶356.4nm丶476.2nm丶482.5nm丶520.6nm丶530.9nm丶586.2nm丶647.1nm (最強)丶676.4nm丶752.5nm丶799.3nm (從藍光到深紅光)。
氧離子激光器
氙離子激光器
混合氣體激光器:不含純氣體,而是幾種氣體的混合物(一般為氬丶氪等)。
準分子激光器:比如KrF (248 nm)丶XeF (351-353 nm)丶ArF (193 nm)丶XeCl (308 nm)丶F2 (157 nm) (均為紫外線)。
金屬蒸汽激光器:比如銅蒸汽激光器,波長介於510.6-578.2 nm之間。由於很好的加強性,可以不用諧振鏡。
金屬鹵化物激光器:比如溴化銅激光器,波長介於510.6-578.2 nm之間。由於很好的加強性,可以不用諧振鏡。
化學(xué)激發(fā)激光器是一種特殊的形式。激發(fā)通過媒介中的化學(xué)反應(yīng)來進行。媒介是一次性的,使用後就被消耗掉了。對於高功率的條件及軍事領(lǐng)域是非常理想的。
鹽酸激光器
碘激光器
介質(zhì)是固體的激光器,此種工作物質(zhì)通過燈丶半導(dǎo)體激光器陣列丶其他激光器光照泵浦得到激發(fā)。熱透鏡效應(yīng)是大多數(shù)固體激光器的一項缺陷。
紅寶石激光器:世界上第一臺激光器,1960年7月7日,美國青年科學(xué)家梅曼宣布世界上第一臺激光器由誕生,這臺激光器就是紅寶石激光器,工作波長一般為6943,工作狀態(tài)是單次脈沖式,每脈沖在1ms量級,輸出能量為焦耳數(shù)量級。
Nd:YAG(摻釹釔鋁石榴石):最常用的固體激光器,工作波長一般為1064nm,這一波長為四能級系統(tǒng),還有其他能級可以輸出其他波長的激光。
Nd:YVO4(摻釹釩酸釔):低功率應(yīng)用最廣泛的固體激光器,工作波長一般為1064nm,可以通過KTP,LBO非線性晶體倍頻後產(chǎn)生532nm綠光的激光器。
Yb:YAG(摻鐿釔鋁石榴石):適用於高功率輸出,這種材料的碟片激光器在激光工業(yè)加工領(lǐng)域有很強優(yōu)勢。
鈦藍寶石激光器:具有較寬的波長調(diào)節(jié)范圍(670nm~1200nm)
液體激光器的工作物質(zhì)分為兩類:一類為有機化合物液體(染料),另一類為無機化合物液體。其中染料激光器是液體激光器的典型代表。常用的有機染料有四類:吐噸類染料、香豆素類激光染料、花菁類染料。
染料激光器多采用光泵浦,主要有激光泵浦和閃光燈泵浦兩種形式。
液體激光器的波長覆蓋范圍為紫外到紅外波段(321nm~1.168um),通過倍頻技術(shù)還可以將波長范圍擴展至真空紫外波段。激光波長連續(xù)可調(diào)是染料激光器最重要的輸出特性。器件特點是結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉。染料溶液的穩(wěn)定性比較差,是這類器件的不足。
染料激光器主要應(yīng)用于科學(xué)研究、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域,如激光光譜光、光化學(xué)、同位素分離、光生物學(xué)等方面。
纖綠半導(dǎo)體激光模組
半導(dǎo)體激光器也稱為半導(dǎo)體激光二極管,或簡稱激光二極管(Laser Diode,LD)。由于半導(dǎo)體材料本身物質(zhì)結(jié)構(gòu)的特異性以及半導(dǎo)體材料中電子運動規(guī)律的特殊性,使半導(dǎo)體激光器的工作特性具有其特殊性。
半導(dǎo)體激光器是以一定的半導(dǎo)體材料做工作物質(zhì)而產(chǎn)生受激發(fā)射作用的器件。.其工作原理是通過一定的激勵方式,在半導(dǎo)體物質(zhì)的能帶(導(dǎo)帶與價帶)之間,或者半導(dǎo)體物質(zhì)的能帶與雜質(zhì)(受主或施主)能級之間,實現(xiàn)非平衡載流子的粒子數(shù)反轉(zhuǎn),當處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的大量電子與空穴復(fù)合時,便產(chǎn)生受激發(fā)射作用。半導(dǎo)體激光器的激勵方式主要有三種,即電注入式,光泵式和高能電子束激勵式。電注入式半導(dǎo)體激光器,一般是由砷化鎵(GaAs)、硫化鎘(CdS)、磷化銦(InP)、硫化鋅(ZnS)等等材料制成的半導(dǎo)體面結(jié)型二極管,沿正向偏壓注入電流進行激勵,在結(jié)平面區(qū)域產(chǎn)生受激發(fā)射。光泵式半導(dǎo)體激光器,一般用N型或P型半導(dǎo)體單晶(如GaAS,InAs,InSb等)做工作物質(zhì),以其他激光器發(fā)出的激光作光泵激勵.高能電子束激勵式半導(dǎo)體激光器,一般也是用N型或者P型半導(dǎo)體單晶如PbS,CdS,ZhO等)做工作物質(zhì),通過由外部注入高能電子束進行激勵。在半導(dǎo)體激光器件中,性能較好,應(yīng)用較廣的是具有雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電注入式GaAs二極管激光器。
半導(dǎo)體激光器采用注入電流方式泵浦。
纖綠半導(dǎo)體激光手電
半導(dǎo)體激光器波長覆蓋范圍為紫外至紅外波段(300nm~十幾微米),其中1.3um與1.55um為光纖傳輸?shù)膬蓚€窗口。半導(dǎo)體激光器具有能量轉(zhuǎn)換效率高、易于進行高速電流調(diào)制、超小型化、結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命才長等突出特點。
半導(dǎo)體激光器是成熟較早、進展較快的一類激光器,由于它的波長范圍寬,制作簡單、成本低、易于大量生產(chǎn),并且由于體積小、重量輕、壽命長,因此,品種發(fā)展快,應(yīng)用范圍廣,已超過300種,半導(dǎo)體激光器的最主要應(yīng)用領(lǐng)域是Gb局域網(wǎng),850nm波長的半導(dǎo)體激光器適用于)1Gh/。局域網(wǎng),1300nm -1550nm波長的半導(dǎo)體激光器適用于1OGb局域網(wǎng)系統(tǒng).半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用范圍覆蓋了整個光電子學(xué)領(lǐng)域,已成為當今光電子科學(xué)的核心技術(shù).半導(dǎo)體激光器在激光測距、激光雷達、激光通信、激光模擬武器、激光警戒、激光制導(dǎo)跟蹤、引燃引爆、自動控制、檢測儀器等方面獲得了廣泛的應(yīng)用,形成了廣闊的市場。1978年,半導(dǎo)體激光器開始應(yīng)用于光纖通信系統(tǒng),半導(dǎo)體激光器可以作為光纖通信的光源和指示器以及通過大規(guī)模集成電路平面工藝組成光電子系統(tǒng).由于半導(dǎo)體激光器有著超小型、高效率和高速工作的優(yōu)異特點,所以這類器件的發(fā)展,一開始就和光通信技術(shù)緊密結(jié)合在一起,它在光通信、光變換、光互連、并行光波系統(tǒng)、光信息處理和光存貯、光計算機外部設(shè)備的光禍合等方面有重要用途.半導(dǎo)體激光器的問世極大地推動了信息光電子技術(shù)的發(fā)展,到如今,它是當前光通信領(lǐng)域中發(fā)展最快、最為重要的激光光纖通信的重要光源.半導(dǎo)體激光器再加上低損耗光纖,對光纖通信產(chǎn)生了重大影響,并加速了它的發(fā)展.因此可以說,沒有半導(dǎo)體激光器的出現(xiàn),就沒有當今的光通信.GaAs/GaAlA。雙異質(zhì)結(jié)激光器是光纖通信和大氣通信的重要光源,如今,凡是長距離、大容量的光信息傳輸系統(tǒng)無不都采用分布反饋式半導(dǎo)體激光器(DFB一LD).半導(dǎo)體激光器也廣泛地應(yīng)用于光盤技術(shù)中,光盤技術(shù)是集計算技術(shù)、激光技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)于一體的綜合性技術(shù).是大容t.高密度、快速有效和低成本的信息存儲手段,它需要半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的光束將信息寫人和讀出。
激勵方式
①光泵式激光器。指以光泵方式激勵的激光器,包括幾乎是全部的固體激光器和液體激光器,以及少數(shù)氣體激光器和半導(dǎo)體激光器。②電激勵式激光器。大部分氣體激光器均是采用氣體放
激光器
電(直流放電、交流放電、脈沖放電、電子束注入)方式進行激勵,而一般常見的半導(dǎo)體激光器多是采用結(jié)電流注入方式進行激勵,某些半導(dǎo)體激光器亦可采用高能電子束注入方式激勵。③化學(xué)激光器。這是專門指利用化學(xué)反應(yīng)釋放的能量對工作物質(zhì)進行激勵的激光器,反希望產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)可分別采用光照引發(fā)、放電引發(fā)、化學(xué)引發(fā)。④核泵浦激光器。指專門利用小型核裂變反應(yīng)所釋放出的能量來激勵工作物質(zhì)的一類特種激光器,如核泵浦氦氬激光器等。
運轉(zhuǎn)方式
由于激光器所采用的工作物質(zhì)、激勵方式以及應(yīng)用目的的不同,其運轉(zhuǎn)方式和工作狀態(tài)亦相應(yīng)有所不同,從而可區(qū)分為以下幾種主要的類型。①連續(xù)激光器,其工作特點是工作物質(zhì)的激勵和相應(yīng)的激光輸出,可以在一段較長的時間范圍內(nèi)以連續(xù)方式持續(xù)進行,以連續(xù)光源激勵的固體激光器和以連續(xù)電激勵方式工作的氣體激光器及半導(dǎo)體激光器,均屬此類。由于連續(xù)運轉(zhuǎn)過程中往往不可避免地產(chǎn)生器件的過熱效應(yīng),因此多數(shù)需采取適當?shù)睦鋮s措施。②單次脈沖激光器,對這類激光器而言,工作物質(zhì)的激勵和相應(yīng)的激光發(fā)射,從時間上來說均是一個單次脈沖過程,一般的固體激光器、液體激光器以及某些特殊的氣體激光器,均采用此方式運轉(zhuǎn),此時器件的熱效應(yīng)可以忽略,故可以不采取特殊的冷卻措施。③重復(fù)脈沖激光器,這類器件的特點是其輸出為一系列的重復(fù)激光脈沖,為此,器件可相應(yīng)以重復(fù)脈沖的方式激勵,或以連續(xù)方式進行激勵但以一定方式調(diào)制激光振蕩過程,以獲得重復(fù)脈沖激光輸出,通常亦要求對器件采取有效的冷卻措施。④調(diào)Q激光器,這是專門指采用一定的 開關(guān)
激光器
技術(shù)以獲得較高輸出功率的脈沖激光器,其工作原理是在工作物質(zhì)的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)形成后并不使其產(chǎn)生激光振蕩 (開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)),待粒子數(shù)積累到足夠高的程度后,突然瞬時打開 開關(guān),從而可在較短的時間內(nèi)(例如10~10秒)形成十分強的激光振蕩和高功率脈沖激光輸出(見技術(shù)'" class=link>激光調(diào) 技術(shù))。⑤鎖模激光器,這是一類采用鎖模技術(shù)的特殊類型激光器,其工作特點是由共振腔內(nèi)不同縱向模式之間有確定的相位關(guān)系,因此可獲得一系列在時間上來看是等間隔的激光超短脈沖(脈寬10~10秒)序列,若進一步采用特殊的快速光開關(guān)技術(shù),還可以從上述脈沖序列中選擇出單一的超短激光脈沖(見激光鎖模技術(shù))。⑥單模和穩(wěn)頻激光器,單模激光器是指在采用一定的限模技術(shù)后處于單橫模或單縱模狀態(tài)運轉(zhuǎn)的激光器,穩(wěn)頻激光器是指采用一定的自動控制措施使激光器輸出波長或頻率穩(wěn)定在一定精度范圍內(nèi)的特殊激光器件,在某些情況下,還可以制成既是單模運轉(zhuǎn)又具有頻率自動穩(wěn)定控制能力的特種激光器件(見激光穩(wěn)頻技術(shù))。⑦可調(diào)諧激光器,在一般情況下,激光器的輸出波長是固定不變的,但采用特殊的調(diào)諧技術(shù)后,使得某些激光器的輸出激光波長,可在一定的范圍內(nèi)連續(xù)可控地發(fā)生變化,這一類激光器稱為可調(diào)諧激光器(見激光調(diào)諧技術(shù))。
波段范圍
根據(jù)輸出激光波長范圍之不同,可將各類激光器區(qū)分為以下幾種。①遠紅外激光器,輸出波長范圍處于25~1000微米之間, 某些分子氣體激光器以及自由電子激光器的激光輸出即落入這一區(qū)域。②中紅外激光器,指輸出激光波長處于中紅外區(qū)(2.5~25微米)的激光器件,代表者為CO2分子氣體激光器(10.6微米)、 CO分子氣體激光器(5~6微米)。③近紅外激光器,指輸出激光波長處于近紅外區(qū)(0.75~2.5微米)的激光器件,代表者為摻釹固體激光器(1.06微米)、CaAs半導(dǎo)體二極管激光器(約
激光器
0.8微米)和某些氣體激光器等。④可見激光器,指輸出激光波長處于可見光譜區(qū)(4000~7000?;?.4~0.7微米)的一類激光器件,代表者為紅寶石激光器 (6943埃)、 氦氖激光器(6328埃)、氬離子激光器(4880埃、5145埃)、氪離子激光器(4762埃、5208埃、5682埃、6471埃)以及一些可調(diào)諧染料激光器等。⑤近紫外激光器,其輸出激光波長范圍處于近紫外光譜區(qū)(2000~4000埃),代表者為氮分子激光器(3371埃)氟化氙(XeF)準分子激光器(3511埃、3531埃)、 氟化氪(KrF)準分子激光器(2490埃)以及某些可調(diào)諧染料激光器等。⑥真空紫外激光器,其輸出激光波長范圍處于真空紫外光譜區(qū)(50~2000埃)代表者為(H)分子激光器 (1644~1098埃)、氙(Xe)準分子激光器(1730埃)等。⑦X射線激光器, 指輸出波長處于X射線譜區(qū)(0.01~50埃)的激光器系統(tǒng),軟X 射線已研制成功,但仍處于探索階段。