固體激光器的工作原理

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固體激光器的工作原理

固體激光器是基于受激發(fā)射放大的原理工作的。它使用固態(tài)材料作為增益介質(zhì)，這種材料通常是由一種基質(zhì)晶體（如藍寶石、釔鋁石榴石YAG等）摻雜了激活離子（例如釹Nd、鉺Er、鈦Ti等）構(gòu)成的。

首先需要提供能量給固體激光器的增益介質(zhì)。這通常是通過光學(xué)泵浦完成的，即使用高強度的光（如閃光燈或二極管激光器發(fā)出的光）照射到固體介質(zhì)上。泵浦光的能量被激活離子吸收，使它們從基態(tài)躍遷到一個較高的能量狀態(tài)。

當(dāng)激活離子被激發(fā)后，它們會處于一個不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài)。為了產(chǎn)生激光，需要有足夠多的激活離子處于高能級，形成所謂的“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)”，即高能級上的粒子數(shù)目超過了低能級上的粒子數(shù)目。

在粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)下，一些激活離子會自發(fā)地從高能級躍遷回低能級，并發(fā)射出一個光子。這個光子可以進一步刺激其他同樣處于高能級的激活離子，促使它們也發(fā)生躍遷并發(fā)射出具有相同頻率、相位和方向的光子，這一過程稱為受激發(fā)射。

固體激光器中包含兩個平行的反射鏡構(gòu)成的諧振腔，其中一個為全反射鏡，另一個為部分透射鏡。受激發(fā)射產(chǎn)生的光子會在諧振腔內(nèi)來回反射，繼續(xù)引發(fā)更多的受激發(fā)射事件，從而放大光信號。最終，一部分放大后的光束將透過部分透射鏡輸出，形成激光輸出。

經(jīng)過多次反射和放大，激光束通過部分透射鏡離開激光器，此時的光束具有單色性好、相干性強、方向性佳等特點。

固體激光器波長

固體激光器的波長取決于所使用的增益介質(zhì)和激活離子。不同的激活離子在特定的固態(tài)基質(zhì)中可以發(fā)射不同波長的光，這使得固體激光器能夠在從紫外到紅外的廣泛范圍內(nèi)產(chǎn)生激光。

常見的激活離子及其對應(yīng)的典型激光波長介紹：

釹（Nd）：當(dāng)摻雜在釔鋁石榴石（YAG）中時，通常產(chǎn)生1064納米（nm）的近紅外激光；也可以通過頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)獲得532 nm（綠色）、355 nm（紫外線）或266 nm（深紫外線）等波長。

鈦藍寶石（Ti:sapphire）：這種材料可以調(diào)諧輸出從約650 nm到1100 nm之間的可見光和近紅外光。

鉺（Er）：例如摻鉺的釔硅酸鹽（Er:YSGG），可發(fā)射約2.94微米（μm）的紅外激光，此波長非常適合用于水吸收較高的醫(yī)療應(yīng)用。

鐿（Yb）：摻鐿材料如鐿摻雜的釔鋁石榴石（Yb:YAG）或者鐿摻雜的光纖，通常發(fā)射1030 nm左右的激光。

鉻（Cr）：例如鉻摻雜的鋰鍶鋁氟化物（Cr:LiSAF），它可以發(fā)射約860 nm的激光。

固體激光器的波長還可以通過非線性光學(xué)過程進一步改變，比如二次諧波生成（SHG）、三次諧波生成（THG）等，這些過程可以將原始波長減半或三分之一，從而實現(xiàn)更短波長的激光輸出。

此外，鎖模技術(shù)和調(diào)Q技術(shù)等先進的泵浦方法可以使固體激光器產(chǎn)生超短脈沖，并且通過調(diào)節(jié)腔內(nèi)組件還可以實現(xiàn)波長的精細調(diào)諧。

固體激光器檢測機構(gòu)

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固體激光器檢測一般包括了固體激光器性能檢測和固體激光器安全等級認(rèn)證。

固體激光器性能檢測又包括了下面這些檢測項目：

固體激光器波長檢測

固體激光器輸出功率檢測

固體激光器功率不穩(wěn)定度檢測

固體激光器光束質(zhì)量因子檢測

固體激光器光束指向不穩(wěn)定度檢測

固體激光器束散角檢測

固體激光器出口光束直徑、束寬檢測

固體激光器束腰直徑、寬度檢測

固體激光器偏振度檢測

固體激光器閾值檢測

固體激光器電光轉(zhuǎn)換效率檢測

準(zhǔn)連續(xù)性和脈沖型固體激光器檢測：

脈沖寬度檢測

脈沖重復(fù)頻率檢測 

輸出能量檢測

輸出能量不穩(wěn)定度檢測

平均功率檢測

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