激光器是一種能發(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，大功率激光器通常都是脈沖式輸出。
激光器的工作原理
除自由電子激光器外，各種激光器的基本工作原理均相同。產(chǎn)生激光的必不可少的條件是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和增益大于損耗，所以裝置中必不可少的組成部分有激勵（或抽運）源、具有亞穩(wěn)態(tài)能級的工作介質(zhì)兩個部分。激勵是工作介質(zhì)吸收外來能量后激發(fā)到激發(fā)態(tài)，為實現(xiàn)并維持粒子數(shù)反轉(zhuǎn)創(chuàng)造條件。激勵方式有光學激勵、電激勵、化學激勵和核能激勵等。
工作介質(zhì)具有亞穩(wěn)能級是使受激輻射占主導地位，從而實現(xiàn)光放大。激光器中常見的組成部分還有諧振腔，但諧振腔（ 見光學諧振腔）并非必不可少的組成部分，諧振腔可使腔內(nèi)的光子有一致的頻率、相位和運行方向，從而使激光具有良好的方向性和相干性。而且，它可以很好地縮短工作物質(zhì)的長度，還能通過改變諧振腔長度來調(diào)節(jié)所產(chǎn)生激光的模式（即選模），所以一般激光器都具有諧振腔。
激光器一般由三個部分組成
1、工作物質(zhì)：激光器的核心，只有能實現(xiàn)能級躍遷的物質(zhì)才能作為激光器的工作物質(zhì)。
2、激勵能源：它的作用是給工作物質(zhì)以能量，將原子由低能級激發(fā)到高能級的外界能量。通�？梢杂泄饽茉�、熱能源、電能源、化學能源等。
3、光學共振腔：作用一是使工作物質(zhì)的受激輻射連續(xù)進行；二是不斷給光子加速；三是限制激光輸出的方向。最簡單的光學共振腔是由放置在氦氖激光器兩端的兩個相互平行的反射鏡組成。當一些氖原子在實現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的兩能級間發(fā)生躍遷，輻射出平行于激光器方向的光子時，這些光子將在兩反射鏡之間來回反射，于是就不斷地引起受激輻射，很快地就產(chǎn)生出相當強的激光。
激光器發(fā)出的光質(zhì)量純凈、光譜穩(wěn)定可以在很多方面被應用
紅寶石激光：最初的激光器是紅寶石被明亮的閃光燈泡所激勵，所產(chǎn)生的激光是“脈沖激光”，而非連續(xù)穩(wěn)定的光束。這種激光器產(chǎn)生的光速質(zhì)量和我們現(xiàn)在使用的激光二極管產(chǎn)生的激光有本質(zhì)的區(qū)別。這種僅僅持續(xù)幾納秒的強光發(fā)射非常適合捕捉容易移動的物體，例如拍攝全息的人物肖像畫，第一副激光肖像在1967年誕生。紅寶石激光器需要昂貴的紅寶石而且只能產(chǎn)生短暫的脈沖光。
氦氖激光器：1960年科學家Ali Javan、William R.Brennet Jr.和Donald Herriot 設(shè)計了氦氖激光器。這是第一臺氣體激光器，這種激光器是全息攝影師常用的裝備。兩個優(yōu)點：1、產(chǎn)生連續(xù)激光輸出；2、不需要閃光燈泡進行光激勵，而用電激勵氣體。
激光二極管：激光二極管是當前最為常用的激光器之一，在二極管的PN結(jié)兩側(cè)電子與空穴的自發(fā)復合而發(fā)光的現(xiàn)象稱為自發(fā)輻射。當自發(fā)輻射所產(chǎn)生的光子通過半導體時，一旦經(jīng)過已發(fā)射的電子—空穴對附近，就能激勵二者復合，產(chǎn)生新光子，這種光子誘使已激發(fā)的載流子復合而發(fā)出新光子現(xiàn)象稱為受激輻射。
如果注入電流足夠大，則會形成和熱平衡狀態(tài)相反的載流子分布，即粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。當有源層內(nèi)的載流子在大量反轉(zhuǎn)情況下，少量自發(fā)輻射產(chǎn)生的光子由于諧振腔兩端面往復反射而產(chǎn)生感應輻射，造成選頻諧振正反饋，或者說對某一頻率具有增益。當增益大于吸收損耗時，就可從PN結(jié)發(fā)出具有良好譜線的相干光——激光。激光二極管的發(fā)明讓激光應用可以迅速普及，各類信息掃描、光纖通信、激光測距、激光雷達、激光唱片、激光指示器、超市的收款等等，各類應用正在不斷被開發(fā)和普及。
來源： OFweek激光網(wǎng)
|
中文版
ENGLISH
