激光器原理

激光器原理

激光器顧名思義就是能發(fā)射激光的裝置。從1954年制成了第一臺微波量子放大器，獲得了高度相干的微波束。一直到現(xiàn)在，激光器的種類就越來越多。

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。其工作介質(zhì)是在周期性磁場中運(yùn)動(dòng)的高速電子束，激光波長可覆蓋從微波到X射線的廣闊波段。按工作方式分，有連續(xù)式、脈沖式、調(diào)Q和超短脈沖式等幾類。

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)和增益大過損耗，所以裝置中必不可少的組成部分有激勵(lì)（或抽運(yùn)）源、具有亞穩(wěn)態(tài)能級的工作介質(zhì)兩個(gè)部分。激勵(lì)是工作介質(zhì)吸收外來能量后激發(fā)到激發(fā)態(tài)，為實(shí)現(xiàn)并維持粒子數(shù)反轉(zhuǎn)創(chuàng)造條件。

激勵(lì)方式有光學(xué)激勵(lì)、電激勵(lì)、化學(xué)激勵(lì)和核能激勵(lì)等。工作介質(zhì)具有亞穩(wěn)能級是使受激輻射占主導(dǎo)地位，從而實(shí)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(xué)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(yùn)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。

氣體激光器原理

氣體激光器具有結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低;操作方便;工作介質(zhì)均勻，光束質(zhì)量好;以及能長時(shí)間較穩(wěn)定地連續(xù)工作的優(yōu)點(diǎn)。

工作物質(zhì)主要以氣體狀態(tài)進(jìn)行發(fā)射的激光器在常溫常壓下是氣體，有的物質(zhì)在通常條件下是液體（如非金屬粒子的有水、汞），及固體（如金屬離子結(jié)構(gòu)的銅，鎘等粒子），經(jīng)過加熱使其變?yōu)檎魵猓眠@類蒸氣作為工作物質(zhì)的激光器，統(tǒng)歸氣體激光器之中。氣體激光器中除了發(fā)出激光的工作氣體外，為了延長器件的工作壽命及提高輸出功率，還加入一定量的輔助氣體與發(fā)光的工作氣體相混合。

氣體激光器大多應(yīng)用電激勵(lì)發(fā)光，即用直流，交流及高頻電源進(jìn)行氣體放電，兩端放電管的電壓增壓時(shí)可加速電子，帶有一定能量，在工作物質(zhì)中運(yùn)動(dòng)的電子與粒子（氣體的原子或分子）碰撞時(shí)將自身的能量轉(zhuǎn)移給對方，使分子或原子被激發(fā)到某一高能級上而形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生激光。氣體激光器與固體激光器相比較，兩者中以氣體激光器的結(jié)構(gòu)相對簡單得多，造價(jià)較低，操作簡便，但是輸出功率常較小。因氣體激光器中的工作物質(zhì)不同。因此分中性（惰性）原子、離子氣體、分子氣體三種激光器。