一. 氦-氖(He-Ne)激光器
1. He-Ne激光器的结构和激发机理 He-Ne激光器可以分为内腔式、外腔式和半内腔式三种，如图所示。
He-Ne激光器的基本结构形式
氦-氖(He-Ne)激光器
1. He-Ne激光器的四能级系统
E4
E4
E3
E2 E1
如图是与产生激光有 关的Ne原子的部分能 级图，Ne原子的激光 上能级是3S和2S能级， 激光下能级是3P和2P 能级。
综述.激光器发光原理
为了维持翻转的粒子数够多，必须有外部的能量把掉下来的原子搬到激发态 上，这就需要脉冲激光（例如接下来要讲到的YAG激光器）中的脉冲氙灯，气 体放电激光（例如氦氖激光器、二氧化碳激光器）中的放电等能量源来提供能 量了。
2.自发辐射与受激辐射 粒子自发地从高能级跃迁到低能级，同时发出一个光子，这一过程叫做自发辐射。
综述.激光器发光原理
激光又名镭射 (Laser), 它的全名是“辐射的受激发射光放大”。 (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) 1、粒子数反转（激光产生的基本条件）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
E2
粒子数反转
E1
h
在通常情况下，处于低能级E1的原子数大于处于高能级E2的原子数，这 种情况得不到激光。为了得到激光，就必须使高能级E2上的原子数目大 于低能级E1上的原子数目，因为E2上的原子多，发生受激辐射，使光增 强）。
若处在高能级的粒子，在一个能量等于两能级之差（E2-E1）的光子作用下，从 高能级跃迁到低能级并发射一个光子，这一过程称为受激辐射。与自发辐射不同， 辐射一定要在外来光作用下发生并发射一个与外来光子完全相同的光子。
综述.激光器发光原理
显然，没有哪个自发辐射光源能达到激光光源的光谱质量。这是因为传统 光源是系统处在各种能级都有的杂乱辐射状态。传统光源的基本特征是宽光 谱分布，随机极化，圆形和不规则的波阵面和较低的色温。 激光的发射原理不同于常规光，不是各种能级加在一起的自发辐射产生的， 而是受激发射，各种能级的原子被泵浦到较高的一个激发态上，由于维持的 时间总体正态分布，大部分原子都在一段极短的时间内掉到同一个较低的能 态上，这种发射方式导致光处在几乎一致的能量水平，也就是我们平常所说 的激光单色性
一.氦-氖(He-Ne)激光器 二.YAG激光器
三.激光损伤阈值
常用激光器与激光损伤阈值简介
综述.一些基本概念
所有的光都是原子、分子能级变化所造成的。这些特定能级差别的吸收和 释放都表现成为特定波长的光。光子射出的能量（焦耳）等于hν，其中h是 普朗克常数，v是辐射的频率，这适用于激光和传统的发光系统。光辐射能量 是在原子从高能态掉到低能态的时候放出。然而，一个原子想发光，首先必 须吸收能量，使得低能态原子被打到高能态，这在激光领域叫做“泵浦， pump”。所有光包括自发和激光需要一定量的能量吸收。
一.固体激光器的基本结构与工作物质
固体激光器基本上都是由工作物质、泵浦系统、谐振腔和冷却、滤光系统构成的。 图5-1是长脉冲固体激光器的基本结构示意图(冷却、滤光系统未画出)。
固体激光器的基本结构示意图
YAG 激光器具有能量大、峰值功率高、结构较紧凑 、牢固耐用等优点, 广泛应 用于工业、国防、医疗、科研等领域。用调Q Nd: YAG 的谐波泵浦的可调谐染 料激光器,具有高功率、窄线宽的特点, 可用于光谱学、激光医疗与生物工程等科
E3
pump
h
hh
E2 E1
He-Ne激光器是典 型的四能级系统， 其激光谱线主要有 三条 : 3S2P 0.6328 2S2P 1.15 3S3P 3.39
下能级E1是基态能级上 能级E3是亚稳态能级下能 级E2不是基态能级而是一 个激发态能级在常温下基 本上是空的。其激励能量要 比三能级系统小得多产生 激光要比三能级系统容易得 多。
工作物质
掺钕钇铝石榴石(Nd3＋：YAG) 工作物质:将一定比例的A12O3、Y2O3，和Nd2O3在单晶炉中进行熔化结晶而 成的，呈淡紫色。它的激活粒子是钕离子(Nd3＋)
YAG中Nd3＋与激光产生有关的能级结构如图所示。 Nd3＋:YAG 的能级结构 它属于四能级系统。
Nd离子浓度： 结晶方向: 端面平面度： 端面平行度：
0.1-1.5at% <111> ± 5° or <100> ± 5° < λ/10@632.8nm ≤ 10"
端面与轴线垂直度：
应用范围： 光学质量:
≤ 5 ′
1.064um脉冲、连续激光器 干涉条纹≤ 0. 25 λ /inch 消光比Ф3-Ф6.35 ≥ 28dB Ф7-Ф10 ≥ 25dB 直径: ±0.05mm 长度: ±0.5mm 切面 : 0.07+0.005/-0.00" at 45° ≤ 0.2% (AR@1064nm) 长脉冲点效率:3.3%(灯泵,20J输入 ), 长脉冲斜效率4.2%
综述.激光器发光原理
光谱能被吸收后，会导致原子由低能级向高能级跃迁，部分跃迁到高能级的原子 又会跃迁到低能级并释放出相同频率单色光谱，但所释放的光谱并无固定方向与 相位，所以尚无法形成激光。 谐振腔的作用是选择频率一定、方向一致的光作最优先的放大，而把其他频率和 方向的光加以抑制。如图，凡不沿谐振腔轴线运动的光子均很快逸出腔外，与工作 介质不再接触。沿轴线运动的光子将在腔内继续前进，并经两反射镜的反射不断往 返运行产生振荡，运行时不断与受激粒子相遇而产生受激辐射，沿轴线运行的光子 将不断增殖，在腔内形成传播方向一致、频率和相位相同的强光束，这就是激光。 为把激光引出腔外，可把一面反射镜做成部分透射的，透射部分成为可利用的激光， 反射部分留在腔内继续增殖光子。
原子是由位于原子中心的原子核和一些微 小的电子组成的，电子在一些特定的可能轨道 上绕核作圆周运动，离核愈远能量愈高；当电 子在这些可能的轨道上运动时原子不发射也不 吸收能量，只有当电子从一个轨道跃迁到另一 个轨道时原子才发射或吸收能量，而且发射或 吸收的辐射是单频的，辐射的频率和能量之间 关系由E=hν给出。为了描述原子中电子的运 动规律，所以提出了能记得概念。原子各个定 态对应的能量是不连续的，这些能量值叫做能 级