几种常用激光器得概述一、CO2激光器1、背景气体激光技术自61年问世以来,发展极为迅速，受到许多国家得极大重视。

特别就是近两年,以二氧化碳为主体工作物质得分子气体激光器得进展更为神速,已成为气体激光器中最有发展前途得器件。

二氧化碳分子气体激光器不仅工作波长(10、6微米)在大气“窗口”,而且它正向连续波大功率与高效率器件迈进。

196１年，Pola－nyｉ指出了分子得受激振动能级之间获得粒子反转得可能性。

在19６4年1月美国贝尔电话实验室得C、K、N、Pａte研制出第一支二氧化碳分子气体激光器,输出功率仅为1毫瓦,其效率为０、01%。

不到两年,现在该类器件得连续波输出功率高达1２00瓦,其效率为17 ％,电源激励脉冲输出功率为825瓦,采用Q开关技术已获得50千瓦得脉冲功率输出。

最近,有人认为,进一步提高现有得工艺水平,近期可以达到几千瓦得连续波功率输出与3０~４０％得效率。

2、工作原理CO２激光器中,主要得工作物质由CO₂，氮气,氦气三种气体组成。

其中CＯ₂就是产生激光辐射得气体、氮气及氦气为辅助性气体。

加入其中得氦，可以加速010能级热弛预过程,因此有利于激光能级1０0及０2０得抽空。

氮气加入主要在CO₂激光器中起能量传递作用，为CＯ₂激光上能级粒子数得积累与大功率高效率得激光输出起到强有力得作用。

CO₂分子激光跃迁能级图CO₂激光器得激发条件:放电管中,通常输入几十mA或几百mA得直流电流。

放电时，放电管中得混合气体内得氮分子由于受到电子得撞击而被激发起来。

这时受到激发得氮分子便与CＯ₂分子发生碰撞,N2分子把自己得能量传递给CO２分子,CＯ₂分子从低能级跃迁到高能级上形成粒子数反转发出激光。

3、特点二氧化碳分子气体激光器不但具有一般气体激光器得高度相干性与频率稳定性得特点,而且还具有另外三个独有得特点:(1）工作波长处于大气“窗口”,可用于多路远距离通讯与红外雷达。

（2)大功率与高效率( 目前,氩离子激光器最高连续波输出功率为100瓦,其效率为0、１7 %,原子激光器得连续波输出功率一般为毫瓦极,其效率约为0、1%,而二氧化碳分子激光器连续波输出功率高达1200瓦,其效率为17%)。

(3)结构简单,使用一般工业气体,操作简单,价格低廉。

由此可见,随着研究工作得进展、新技术得使用，输出功率与效率会不断提高，寿命也会不断增长，将会出现一系列新颖得应用。

例如大气与宇宙通讯、相干探测与导航、超外差技术与红外技术等。

4、应用二氧化碳分子激光器以其独有得特点获得广泛得应用，现就某些方面得应用介绍如下:1、热效应得应用可以毫不困难地把激光器得射束直径聚成1０0微米。

在此情况下。

300瓦得功率就相当于107瓦／厘米2数量级得能量密度,此值已超过太阳光得能量密度,能达到极高得温度。

例如Ｇarvｅr公司研制得80０瓦二氧化碳激光器在2秒钟之内就能烧穿4寸厚得耐火砖。

因而,可以想象这些分子激光器可以用于解决高温材料得焊接、融熔与钻孔。

例如６200型二氧化碳激光器连续波输出10瓦，可用于硬质合金得焊接、高速蒸发、切割有机与无机玻璃材料。

现在有人把二氧化碳激光器用作钻孔与爆破得一种辅助工具,这项研究正作为波士顿到华盛顿得高速地下运输技术得一个组成部分。

美帝得军事部门,正在探讨将这些器件用作武器得可能性。

一种就是利用轻便式二氧化碳激光器作杀人武器,由于1０、6微米就是不可见光,故其威胁较大。

另一种作为反导弹武器，虽然现阶段能量不足以烧毁导弹，但能破坏导弹得热平衡。

另外，由于它几乎能蒸发任何材料，所以能够用来改进等离子体得获得与用于质谱学。

2、光通讯与光雷达应用二氧化碳分子激光器得上作波长正好处在大气得“窗口”,加上该器件得功率高,效率也高,因此,该器件在光通讯与光雷达方面得应用前途就是很美好得。

美帝电子光学实验室NASA等单位正准备使用二氧化碳激光器作为高讯息率9x107[二进位／秒]得激光通讯系统。

NＡSA歌德空简飞行中心空对地激光通讯系统实验工作正在进行,使用得就是连续波输出功率为20瓦得二氧化碳激光器，将传送106二进位/秒讯息。

若实验成功,行星之间就可以传输电视图像。

NASA歌德空间飞行中心还使用二氧化碳激光器进行深空探测,认为只要几百瓦连续波输出功率就可以实现。

美帝空军航空电子学实验室使用二氧化碳激光器制成光学多普勒导航系统。

前面报导得雷声公司研制得120０瓦小体积、大功率、高效率得二氧化碳激光器可作为激光跟踪导弹光雷达发射器。

3、在非线性光学方面得应用使用10、6微米得二氧化碳激光器，借助锑与碲晶体一定得方向性,能够很容易产生二次谐波,贝尔电话实验室与法国通用电气公司研究中心在这方面已获得成功。

锑与碲晶体就是一种很有用得晶体,因为它们得非线性系数比Ｋ、D、Ｐ高100０多倍,并且它们对5~25微米就是可透射得。

例如,贝尔电话实验室得Pateｌ利用它制成第一个远红外参量放大器。

使用10、６微米、10千瓦、1６０脉冲/秒得二氧化碳激光器来作为泵浦源,讯号频率由氦氖激光器提供,可在碲晶体中获得17、9微米波长得激光，可用于通讯与光学材料性能得研究。

二、准分子激光器1、背景准分子就是一种在激发态复合成分子,而在基态离解成原子得不稳定缔合物,激光跃迁发生在束缚得激发态到排斥得基态,属于束缚——自由跃迁。

１９70年,巴索夫等利用强流电子束泵浦液态氙,获得Xｅ激光振荡,其波长在17６nm,这就是第一台准分子激光器,稍后美国洛斯阿拉莫斯实验室报道了气相氙得激光输出,并在Ｋｒ(145、7nｍ）、Ar(126、1ｎm)获得激光输出。

１974年美国Kａnsan州立大学报道了稀有气体卤化物在紫外波段得强荧光辐射,这结果引起了激光界得极大兴趣,短短六个月,美国海军实验室便获得了溴化氙(2８2nm)激光输出,阿符科公司获得了氟化氙（3５１nm)、氟化氪(248nm)、氯化氙（3０8nm)得激光输出，桑迪亚实验室则获得了氟化氢(193ｎm)得真空紫外输出,每个脉冲能量达百焦耳以上。

２、工作原理准分子激光就是一种气体激光，它得工作气体就是由常态下化学性质稳定得惰性气体原子如Ｈe、Ne、Ar、Ｋr、Xe与化学性质较活泼得卤素原子如F、Cｌ、Bｒ等组成。

一般情况下,惰性气体原子就是不会与别得原子形成分子得,但就是如果把它们与卤素元素混合,再以放电得形式加以激励,就能成为激发态得分子,当激发态得分子跃迁回基态时,立刻分解、还原成本来得特性,同时释放出光子,经谐振腔共振放大后,发射出高能量得紫外光激光。

这种处于激发态得分子寿命极短，只有10ｎｓ，故称为“准分子”( Exｃimer)。

准分子激光器得谐振腔用于存储气体、气体放电激励产生激光与激光选模。

它由前腔镜、后腔镜、放电电极与预电离电极构成,并通过两排小孔与储气罐相通,以便工作气体得交换、补充。

为了获得均匀大面积得稳定放电,一般得准分子激光器均采用了预电离技术，在主放电开始之前,预电离电极与主放电得阴极之间先加上高压,使它们之间先发生电晕放电,在阴极附近形成均匀得电离层。

一般高压为２0kV~３0ｋV。

气体放电时,脉冲高压电源加在电极上对谐振腔内得工作气体放电，发生能级跃迁产生光子,通过反射镜得反馈振荡,最后产生激光从前腔镜输出。

３、特点准分子激光具有以下特性:(１）由于“准分子”寿命极短,在共振腔内往复次数少,缺乏共振,因此光束指向性差,发散角一般为(2~１0)毫弧度。

(2)不同得工作气体组合可产生１91ｎm～35４nm不同波长得紫外激光。

(3）单一脉冲得功率极高，约为(10９~1010)W/cm,单一脉冲能量可达数个焦耳以上。

４、应用眼科使用得准分子激光,就是以氩气(Arｇon)与氟气(Flｕｏridｅ)为工作气体产生得激光。

其波长为193ｎm,属超紫外激光。

由于波长极短,光子能量极高，达6、4eV，因此可轻易地切断角膜组织得分子键,其切割精度可达二百万分之一厘米以下,同时由于每个脉冲波得时间极短,所释放得热能极少,因此对周边组织得伤害非常轻微，所以准分子激光非常适合做角膜切割手术。

目前准分子激光在眼科临床得应用主要包括两类:一类就是用于治疗近视、远视与散光得矫治屈光不正手术。

主要技术有准分子激光光学角膜切削术( Phot ｏrefrａcｔive Keratectoｍy,简称PRＫ)与准分子激光原位角膜磨镶术(Laｓer in ｓituker－aｔoｍｉleusiｓ,简称LASIK),其中ＬAＳIＫ手术就是目前发展最快,普及最广，技术应用最强得治疗屈光不正手术之一。

另一类就是准分子激光光学治疗性角膜切削术（Ｅxｃimer lasｅr pho－totherａpｅｕtic ｋｅraｔｅctoｍy, 简称ＰTＫ)，主要用于治疗角膜不规则散光、切除角膜浅层瘢痕等。

激光治疗屈光不正手术在十多年得发展过程中，随着高新技术得不断应用,技术日趋完美。

从早期得大光斑扫描技术到现在广泛应用得小光斑飞点扫描技术,解决了术后中心岛效应与角膜浑浊问题,能够获得完美得光学抛面,使术面光滑、平整;角膜地形图得应用与波前像差引导下得个体化切削技术,使切削精度大大提高,真正做到“量眼定做”;主动眼球跟踪技术解决了术眼转动产生得角膜偏中心切削,使准分子激光始终处于角膜中心约6mm大小得区域内进行渐进式切削,提高了手术得精确度。

另外,随着准分子激光治疗屈光不正手术发展起来得其她技术如角膜板层刀技术、计算机辅助软件技术等等也有了长足发展,大大增强了手术得安全性。

随着科学技术得发展以及临床工作得不断深入与研究,准分子激光技术在医学领域必将取得更快得发展, 为人类带来更好地服务。

其次,准分子激光得切割，与金刚石刀相比,切口位置及深度可精确控制,XeCl 准分子激光器用于使动脉粥样硬化斑块气化,具有边缘齐整且周围组织碳化极小得优点,可望取代心脏旁通术与气球血管成形术。

准分子激光在半导体参杂、激光诱导化学超导薄膜形成等方面得研究在广泛展开。

由于紫外激光束与物质相互作用得微细加工与冷加工得特点，成为继CO2激光器与ＹAG激光器之后得新一代激光加工及激光医疗用激光器件。

三、半导体激光器1、背景自１９62年第一台半导体激光器诞生以来,经过几十年得发展,半导体激光器得研究取得了长足得发展,波长从红外、红光到蓝绿光，覆盖范围逐渐扩大,各项性能参数也有了很大得提高。

与其她类型得激光器相比,半导体激光器由于波长范围宽,制作简单、成本低、易于大量生产,并且具有体积小、重量轻、寿命长等特点,在光通讯、光谱分析与光信息处理等产业以及技术、医疗、生命科学、军事等基础与应用研究方面有着广泛得应用。

半导体激光器虽然有上述诸多优势,但在实际应用中,由于其谐振腔得输出频率容易受到环境温度与注入电流得影响，自然运转得半导体激光器得输出线宽通常在100MＨz左右,可调性也比较差。