固体激光器的原理|分类|应用

　　固体激光器是用固体激光材料作为工作物质的激光器，具有体积小、使用方便、输出功率大的特点，在军事、加工、YL和科学研究领域有广泛的用途。但由于固体激光器工作介质的制备较复杂，所以价格较贵。

　　一个原子吸收能量之后，从低能态到高能态的过程称为激发过程。反之，处于激发状态的原子是不稳定的，总是自发地回到低能态，同时有光子发出。这一过程叫“自发辐射”。如果原子吸收外界光能而跃迁到高能级，而受外界光感应产生辐射又回到低能态，这一过程叫“受激发射”。但是，只有采用一种办法使物质中大量粒子同时处于激发态，并通过外界光感应，使所有处于激发态的粒子几乎同步完成受激辐射回到低能态，这时物质才能发出一柬强大的光束来，称为“激光”。

　　在固体激光器中，能产生激光的晶体或玻璃被称为激光工作物质。激光工作物质由基质和激活离子两部分组成，基质材料为激活离子提供了一个合适的存在与工作环境，而由激活离子完成激光产生过程。常用的激活离子主要是过渡金属离子，如铬、钻、镍等离子以及稀土金属离子，如钕离子等。

　　固体激光器主要由闪光灯、激光工作物质(如红宝石激光晶体)和反射腔镜片组成，反射镜表面镀有介质膜，一片为全反射镜，另一片为部分反射镜。掺铬红宝石是一种Z早发现和使用的激光工作物质。现在已研制成功了数十种可供应用的激光晶体。当采用不同的激活离子、不同的基质材料和不同波长的光激励，会发射出各种不同波长的激光。

　　早期的固体激光器都是用闪光灯或其他激光器，来完成激光工作物质内原子的受激辐射过程的，这基本上是由一种形式的光能转化为激光能量的过程。如何把电能直接转化为激光的能量，一直是人们梦寐以求的事情。

　　固体激光器是工作物质通过能量吸收后达到激发态，为了能够使得粒子束反转以及保持这种状态提供体检，进而使得光放大然后输出。

　　1、固体激光器的工作物质

　　工作物质是固体激光器

　　固体激光器是以掺杂的玻璃、晶体或透明陶瓷等固体材料为工作物质的激光器。固体激光器由于功率能量较大而机械工作简单等特点，现在在各行各业都有很好的应用，并且朝着更加发展的方向迈进。

　　固体激光器是以掺有少量激活离子的晶体、玻璃或陶瓷作为工作物质的激光器。从1960年发明的世界上首台固体激光器到现在的高功率的全固态激光器，固体激光技术的成长日新月异，百花齐放，为了与新环境下对应用的要求同步，固体激光器就必须朝着实用、GX以及商品化的方向转移，即朝着全固化、输出激光的脉冲和波长及其短的方向发展，并且在当前已经得到了非常好的成绩。

　　如今，虽然固体激光器已经获得了很多令人仰慕的成绩，但是很多技术还是不够成熟，可靠性还有待科研人员的进一步加强。目前激光器市场前景Z广阔的发展方向是使器件的体积愈来愈小、器件的重量愈来愈轻、效率愈来愈高、光束质量愈来愈好、可靠性愈来愈高、寿命愈来愈长、运转愈来愈敏捷的全固态激光器。

　　固体激光器的应用扩展到了各个领域，它的结构、输出功率、转换效率以及光束质量都取得了非常大的进步，具有强大的生命力。随着国家的相关政策对一些激光技术项目的大力支持，许多技术将从研究变为产业化，并Z终运用到日常活动中。

　　固体激光器的优点：

　　1、固体激光器的能量输出较大，而且峰值处的功率也较大。这主要是因为它的能级构造较特殊，所以能够输出能量和功率较大的激光。这个是它Z突出的优点。

　　2、固体激光器的物理机械强度较大，而且制造成本较低。同另外的种类的相对照，这类激光器的构造更加简便且超级经用，而且它的生产成本还更加低。

　　3、所需要的材料种类繁多。固体激光器的工作物质现在少说都有100多种，并且呈现出越来越猛烈的增长势头。

　　随着科学技术的发展，越来越多的特性优异的原材料被发明，以至于固体激光器的机能朝着越来越好的方向迈进。

　　固体激光器的

　　随着固体激光器技术多年的成长积累，现在固体激光器的类型更是各种各样都有，但是Z经常使用的主要还是泵浦源为红宝石、掺钕钇铝石榴石、二极管的固体激光器以及可调谐固体激光器等这几类。

　　红宝石激光器(Cr3+：Al2O3)是掺有少量Cr3+离子的蓝宝石(Al2O3)，红宝石激光器的工作物质是红宝石晶体(Cr3+：Al2O3)，其中Cr3+是发光的激活粒子，它属于三能级系统，决定着输出激光的光谱特性;而Al2O3是基质晶体。

　　这类固体激光器具有如下的优点：

　　①激光器机械硬度大、稳定性较好，能够接受功率密度较大的激光，而且生产的光的尺寸也较大;

　　②使用时间长，内存大，能够有大能量的激光发射;

　　③激光频谱较大，能够轻易的获得高能量的单膜;

　　④它的性能稳定、可以输出波长为400~760nm的光。

　　当然任何事物都有两面性，这类固体激光器也难免会有缺点：首先它是三能级的构造，因此它所需要构建的阈值较大;其次红宝石的特性目标对于温度非常的敏感;然后，对于它的激发频率比较低，这就导致了它能够长时间的工作;发散角输出通常在三到十毫弧这个范围内，稍微偏大。

　　掺钕钇铝石榴石激光器(Nd3+：YAG)是四能级系统的激光器，它的工作效率较高，使用时间长以及工作的阈值较低，输出的波长较低，所以能够长时间的进行工作。它的结构与前面那种固体激光器的构造根本上是一致的。由于它的工作物质和与其对应的光泵不同，所以能够实现长时间的工作。

　　这类固体激光器的晶体是以YAG为基础材质，混入适当的Nd3+共同组成了晶体结构。这种晶体有许多优良特性，例如：热的传导效率较快，这样就对激光器的连续工作创造了非常好的基础;三价稀土离子的钇铝石榴石晶体具有1970℃的熔点，能够承受较大的辐射;它的荧光宽度仅为6.5cm，所以它的工作阈值较小;荧光量子的工作效率可近似接近于1，成为了现

　　固体激光器在军事、加工、YL和科学研究领域有广泛的用途。固体激光器常用于测距、跟踪、制导、打孔、切割和焊接、半导体材料退火、电子器件微加工、大气检测、光谱研究、外科和眼科手术、等离子体诊断、脉冲全息照相以及激光核聚变等方面。

　　1、激光切割

　　激光切割是利用光在聚集以后产生非常强的能量，然后实现切割的功能。在物体加工的过程中，由于固体激光器能够大大的降低工人的劳动强度和成本，而且还可以保证加工物件的质量，所以得到了人们的普遍运用。

　　2、激光焊接

　　这类技术是固体激光器用于物体加工过程中使用Z频繁的一种方法。整个过程是热传导型，即通过激光器产生的高热量激光对物体的表面进行加热，然后经过传导作用，Z终使加工的物件达到我们想要的结果。

　　正是因为固体激光器的长处比较独特，现在已经被频繁的运用在小型的焊接工作中了。与其它的焊接相比，它具有明显的焊接效率高、质量好以及能在常温条件下焊接的优点，而且设备构造也较简单。

　　3、激光钻孔

　　随着人们对电子产品向小型化的需求发展，就要求电子线路向集成化的方向迈进，然而这种技术需要在线路板上安装越来越多的微型过孔以及盲孔。而传统的手工加工方式肯定达不到想要的精度，而随之固体激光器钻孔技术的发展，很好的解决了这个问题，具有很好的应用前景。

　　固体激光器如今在方面的应用也表现出了愈发强大的发展空间，它在方面的运用发展历程中算是激光器中的后来居上。直到1990年，有专家研发了大功率的LD激光器，这才使得激光器在军事方面大显身手。

　　由于固体激光器的输出的波长较小，这就很好的在空气中传输，进而可以达到长距离作战的使用要求，并且它的体积相对而言还较小，运用起来格外的便利，工作效率较高，对于后期的维护保障相当容易，可以在各种平台上操作。在具体的使用方面，固体激光器在常规武器中比较受青睐，比如军事专