另一个是决定激光物质上泵浦光密度的分布,从而影响到输出光束的均匀性、发散度和光学畸变。工作物质和泵浦源都安装在聚光腔内,因此聚光腔的优劣直接影响泵浦的效率及工作性能。如下图3所示为椭圆柱聚光腔,是目前小型固体激光器最常采用的。
图3椭圆柱聚光腔
4)光学谐振腔
光学谐振腔由全反射镜和部分反射镜组成，是固体激光器的重要
图６ : 激光跃迁能级图
现今， : 激光器的最大平均功率已达到３W，最大脉冲输出已达到5Ｊ,是迄今为止输出功率最大、效率最好的长波长固体激光器；加之交换输出波长为2.９４m,这正是人体组织的吸收波长,这个也是 : 的一个非常突出的优点。因此在医疗方面（尤其是激光外科和血管外科)有很大的应用潜力[9］。
固体激光器原理及应用
———————————————————————————————— 作者:
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编号
赣 南 师 范 学 院 学 士 学 位 论 文
固体激光器原理及应用
教学学院物理与电子信息学院
届 别2010届
专 业电子科学与技术
学 号060803０13
典型固体激光器的比较
如下表2所示，将从工作物质、输出波长、能级系统和常用泵浦方式等四个方面对上述固体激光器进行简单的比较。
内容
激光器
工作物质
输出波长
能级系统
常用泵浦
方式
红宝石
激光器
：
0.６９43m
０．6929ｍ
三能级
光泵浦
掺钕钇铝
石榴石激光器
:
1.０６m
１．３５m
四能级
光泵浦
掺铒固体
激光器
:
２.９4m
体激光器的结构非常简单并且非常耐用,同时价格相对适宜。
3)材料种类数量多。固体激光器的工作物质的种类非常多，到目
图1 固体激光器的基本结构
1)工作物质
工作物质——激光器的核心，是由激活粒子（都为金属）和基质
两部分组成，激活粒子的能级结构决定了激光的光谱特性和荧光寿命等激光特性，基质主要决定了工作物质的理化性质。根据激活粒子的能级结构形式，可分为三能级系统(例如红宝石激光器)与四能级系统（例如Ｅｒ：YＡＧ激光器）。工作物质的形状目前常用的主要有四种:圆柱形(目前使用最多)、平板形、圆盘形及管状[5]。
四能级
光泵浦
可调谐固体
激光器
钛蓝宝石
０.8~3.9m
四能级
光泵浦
表2 典型固体激光器的比较
3.4固体激光器的优缺点
固体激光器主要优点：
1)输出能量大，峰值功率高。在固体激光器中,由于中心粒子的
能级结构，能够输出大能量，并且峰值功率高。这个是固体激光器非常突出的优点。
2)结构紧凑耐用,价格适宜。和其他类型的激光器相比，固
激光的英文名——ＬASＥR，是英语词组LigｈｔAｍplificaｔiｏnｂy StｉmulateｄＥmissiｏnoｆＲaｄiatｉｏn(受激辐射的光放大）的缩写[1]。
2.1.2产生激光的条件
产生激光有三个必要的条件[２］:
1)有提供放大作用的增益介质作为激光工作物质，其激活粒子(
原子、分子或离子）有适合于产生受激辐射的能级结构；
c)高便携性
d)低成本高质量
现在,激光应用已经遍及光学、医学、原子能、天文、地理、海洋等领域,它标志着新技术革命的发展。诚然，如果将激光发展的历史与电子学及航空发展的历史相比,你不得不意识到现在还是激光发展的早期阶段,更令人激动的美好前景将要来到。
2激光与激光器
2.1激光
2.1.1激光（LＡＳＥR）
图4红宝石中铬离子的能级结构
红宝石激光器的有一些非常突出的优点:机械强度好,高功率密度,大尺寸晶体,亚稳态寿命长，高能量单模输出。当然也有一些很明显的缺点：阈值高，温度效应明显。所以只能在低温下连续与高重复率运行。
3.2.2掺钕钇铝石榴石激光器（ : )
: 激光器是迄今为止使用最为广泛的固体激光器。在固
姓 名丁志鹏
指导老师邹万芳
完成日期201０.5.10
摘要1
关键词１
Abstract1
Kｅy words１
1引用ﻩ2
2激光与激光器２
2.1ﻩ激光２
2.2激光器3
３ﻩ固体激光器4
３．1ﻩ工作原理和基本结构４
３．2ﻩ典型的固体激光器ﻩ8
4固体激光器的应用ﻩ１３
4．2ﻩ工业制造ﻩ1５
4.3医疗美容ﻩ17
5结束语18
Absｔrａct:Ｓoliｄ-stａｔe laser is cｕrrently one of tｈe ｍｏst extensｉve laser，it haｓ soｍｅ vｅry obviouｓ advantａges.Tｈe working pｒｉｎcipｌe of sｏlid-ｓtａｔe lasｅrs and appｌｉcatｉonswere ｄeｓcｒiｂed in thｅ pａper andiｔ ｃａｎenｈance thｅ uｎderstandinｇ.Ｉｎ this paper, ｓtartｉｎｇ wiｔh the ｂasic pｒｉnｃiｐｌes and ｓtructure of tｈe iｎtroduced solｉd－stａte laseｒ，and tｈen some ｔyｐical solｉd-ｓtａte laserｓ and a ｐｒesentatiｏn ｏn ｉtｓ ｍiｌiｔaｒy ｄefenｓｅ,ｉnｄustrial teｃhnoｌogy,medｉcal aｎdcosｍeticappliｃaｔiｏnｓｉn tｈrｅｅ areａs ａnd futurｅ ｄeｖelopment directionwｅre iｎtroｄuceｄ.
冷却措施。主要是对激光工作物质、泵浦系统和聚光腔进行冷却,以保证激光器的正常使用及器材的保护。冷却方法有液体冷却、气体冷却和传导冷却，但目前使用最广泛的是液体冷却方法。
要获得高单色性的激光束,滤光系统起了很大的作用。滤光系统
能够将大部分的泵浦光和其他一些干扰光过滤，使得输出的激光单色性非常好。
3.2典型的固体激光器
Key ｗoｒds:Ｓoｌｉd-sｔａｔe Ｌａser Ｂaｓic Principlｅ Ｂasiｃ Struｃturｅ Apｐlicａtiｏn
1引用
世界上第一台激光器—红宝石激光器（固体激光器）于196０年7月诞生了，距今已有整整五十年了。在这五十年时间里固体激光的发展与应用研究有了极大的飞跃，并且对人类社会产生了巨大的影响。
组成部分。光学谐振腔除了提供光学正反馈维持激光持续振荡以形成受激发射，还对振荡光束的方向和频率进行限制，以保证输出激光的高单色性和高定向性。最简单常用的固体激光器的光学谐振腔是由相向放置的两平面镜(或球面镜）构成。
5)冷却与滤光系统
冷却与滤光系统是激光器必不可少的辅助装置。
固体激光器工作时会产生比较严重的热效应,所以通常都要采取
3.2.3掺铒钇铝石榴石激光器（Er:ＹAG）
: 激光器的出现是激光在医疗领域的一大突破。
它的基本结构与 : 激光器基本结构相似，通常采用脉冲氙灯泵浦，聚光腔为镀银的单椭圆柱腔或双椭圆柱腔,但是其光学元件必须与水蒸气隔离（不隔离激光束将破坏）,因此需要将激光器密闭在干燥的容器之中[8]。如下图6所示,为 ： 激光跃迁能级图，其输出的波长为2.９4ｍ。
2)泵浦系统
泵浦源能够提供能量使工作物质中上下能级间的粒子数翻转,目
前主要采用光泵浦。泵浦光源需要满足两个基本条件：有很高的发光效率和辐射光的光谱特性应与工作物质的吸收光谱相匹配。
常用的泵浦源主要有惰性气体放电灯、太阳能及二极管激光器。其中惰性气体放电灯是当前最常用的,太阳能泵浦常用在小功率器件（尤其在航天工作中的小激光器可用太阳能最为永久能源),二极管(LD)泵浦是目前固体激光器的发展方向,它集合众多优点于一身，已成为当前发展最快的激光器之一。
固体激光器从其诞生开始至今,一直是备受关注。其输出能量大，峰值功率高，结构紧凑牢固耐用,因此在各方面都得到了广泛的用途,其价值不言而喻。正是由于这些突出的特点,其在工业、国防、医疗、科研等方面得到了广泛的应用，给我们的现实生活带了许多便利。
未来的固体激光器将朝着以下几个方向发展:
a)高功率及高能量
b)超短脉冲激光
目前,激光器并没有像上述两种激光器一样被广泛的应用，但是我们相信，在不久的将来它会在固体激光器当中占有一个非常重要的地位。
3.2.4可调谐固体激光器
可调谐固体激光器的出现可以说是固体激光器的重大发展。
它是指在一定范围内，可以连续改变输出波长的固体激光器。我们可以将它分为两类[１0]:一类是色心激光器,一类是用掺过渡族金属离子的激光晶体制作的可调谐激光器。
色心是晶体中正负离子缺位引起的缺陷。色心激光器的阈值较低，容易实现单模运转,并且光束质量好，特别是调谐范围覆盖0.8～３.９m。这是其他可调谐激光器难以达到的。但色心激光器大都只适合在低温下工作,且使用过程中，仍然不太稳定。与此相比，掺过过渡金属的激光晶体制作的可调谐激光器,性能更加优越。主要的激光晶体有金绿宝石、Cr:GSGＧ、掺钛蓝宝石等。其中钛蓝宝石是目前性能最好的固体可调谐材料［11]。
激光器的发明是20世纪科学技术的一项重大成就。它使人们终于有能力驾驶尺度极小、数量极大、运动极混乱的分子和原子的发光过程,从而获得产生放大相干的红外线、可见光线和紫外线(以至χ射线和γ射线）的能力。激光科学技术的兴起使人类对光的认识和利用达到了一个崭新的水平。
2.2.1激光器的诞生史
激光器的诞生史大致可以分为以下三个阶段[３]：理论基础阶段、粒子数反转阶段和激光器产生（竞赛）阶段。
2.2.2激激光器的分类
1９60年，梅曼首次在实验室用红宝石晶体获得了激光输出,开创了激光发展的先河。此后,激光器件和技术获得了突飞猛进的发展,相继出现了种类繁多的激光器。