禾远实业-激光器

三、半导体二极管激光器

半导体二极管激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生受激发射作用的器件。其工作原理是，通过一定的激励方式，绿光激光器，在半导体物质的能带(导带与价带)之间，或者半导体物质的能带与杂质(受主或施主)能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用。发光波长随禁带宽度而改变。

半导体激光器的激励方式主要有三种:即电注入式，光泵式和高能电子束激励式。

电注入式半导体激光器一般是由GaAS()，InAS(化铟)，Insb(锑化铟)等材料制成的半导体面结型二极管，沿正向偏压注入电流进行激励，在结平面区域产生受激发射。

光泵式半导体激光器，一般用N型或P型半导体单晶(如GaAS，InAs，InSb等)做工作物质，以其他激光器发出的激光作光泵激励。

高能电子束激励式半导体激光器，一般也是用N型或者P型半导体单晶(如PbS，CdS，ZhO 等)做工作物质，通过由外部注入高能电子束进行激励。

目前常用的是具有双异质结构的电注入式GaAs二极管激光器，常见为635红光;氮化铟(InGaN) 二极管激光器，常见为532绿光和405蓝光。二极管激光器发射的激光可以用高斯光束来进行描述，其特点是一个长条形的发射体，且在水平和垂直方向的发射角不同。通常在水平只有几度，而垂直可达40度。在大多光耦合技术中，水平角忽略不计，

将垂直的角作为而激光激光器的发散角。

主要应用于电子信息。光纤通信、光传感、光盘、激光打印、条形扫码、集成光学领域。

400~780nm应用用于条形扫描、检测、光存储、激光打印等。

790~1020nm的应用于条形扫码、激光打印、光存储等领域。近年来大功率半导体激光器已经有长足的进步，连续输出功率可达1~20w。

1300 与1550 分别在硅光纤零色散和低损耗窗口，相应的半导体主要用于长距离大容量干线光通信。

介于1300 与1550之间的1480近年来输出功率可达50~100mw。

四、染料激光器

其突出的优点是输出波长可调谐，它不仅可以获得从0.3~1.3um光谱内的可调谐的窄带高功率激光，而且还可以通过混频技术获得从紫外到中红外的可调谐相干光，因此目前主要用于光谱学研究。

五、光纤激光器

光纤激光器应用范围非常广泛，包括激光光纤通讯、激光空间远距通讯、工业造船、汽车制造、激光雕刻激光打标激光切割、印刷制辊、金属非金属钻孔/切割/焊接、******安全、器械仪器设备、大型基础建设等等。玻璃光纤制造成本低、技术成熟及其光纤的可饶性所带来的小型化、集约化优势;玻璃光纤对入射泵浦光不需要像晶体那样的严格的相位匹配，这是由于玻璃基质Stark 分裂引起的非均匀展宽造成吸收带较宽的缘故;玻璃材料具有极低的体积面积比，散热快、损耗低，所以上转换效率较高，激光阈值低;输出激光波长多:这是因为稀土离子能级非常丰富及其稀土离子种类之多;可调谐性:由于稀土离子能级宽和玻璃光纤的荧光谱较宽。由于光纤激光器的谐振腔内无光学镜片，具有免调节、免维护、高稳定性的优点，这是传统激光器无法比拟的。光纤导出，使得激光器能轻易胜任各种三维任意空间加工应用，使机械系统的设计变得非常简单。胜任恶劣的工作环境，对灰尘、震荡、冲击、湿度、温度具有很高的容忍度。不需热电制冷和水冷，只需简单的风冷。

高的电光效率:综合电光***达20%以上，大幅度节约工作时的耗电，节约运行成本。高功率，目前商用化的光纤激光器可达六千瓦。

六、自由电子激光器

输出的激光波长与电子的能量有关:故改变电子束的加速电压就可以改变激光波长，这叫做电压调谐，其调谐范围很宽，原则上可以在任意波长上运转。

在现有的电子***和的实验条件下，可以获得从毫米波到光频波段范围内的连续调谐的相干辐射。自由电子激光器的输出功率与电子束的能量、电流密度以及磁感应强度有关，它可望成为一种高平均功率、***率(理论极限达40%)、高分辨率的具有稳定功率和频率输出的激光器件，采用它能够避免某些工艺上的麻烦(如激光工作物质稀缺、有毒或腐蚀金属、玻璃)，另外，它基本上不存在使用寿命问题。自由电子激光器在短波长、大功率、***率和波长可调节这四大主攻方向上，为激光学科的研究开辟了一条新途径，它可望用于对凝聚态物理学、材料特征、激光、激光反、激光聚变、等离子体诊断、表面特性、非线性以及瞬态现象的研究，在通讯、激光推进器、光谱学、激光分子化学、光化学、同位素分离、遥感等领域，激光器，它应用的前景也很可观。美国机载激光系统机载激光系统所使用的就是高能化学碘氧自由电子激光器(COIL)。

七、二极管泵浦固体激光器

二极管激光器和二极管泵浦的固体激光器现已成为固体激光器发展的主流，合并转换***，激光器，稳定性好，可靠性高，是至今一不需维护的激光系统，输出质量高，体积小，结构紧凑等特点。二极管泵浦固体激光器的关键技术:光耦合技术，泵浦技术，冷却技术与电源技术。这种激光器输出功率可以大范围变化，即从几十瓦到几千瓦，市场上商用大的可达6000w.

八、固体紫外激光

目前主要有以下两种方式:

(1)直接倍频LD输出获得紫外激光。通过二次倍频红外得到紫外，具有较高的光光转换效率，但要求LD不仅能够输出较高，而且还必须实现单频运转。

(2)LD泵浦，非线性光学频率转换的紫外激光器。该方法主要是利用激光二极管的发射带与铷离子的吸收带符合的很好，减少能量的内积，从而降低热透镜效应，改善光束质量，获得很高的泵浦效率。

激光的历史发展

激光的英文laser 这个词是由的首字母缩略词LASER演变而来，LASER的意思是“受激辐射光放大器”英文的单词的缩写简略。激光技术中的关键概念早在1917年爱因斯坦提出“受激辐射”时已经开始建立起来了，激光这个词曾经饱受争议；Gordon Gould是记载中个使用这个词汇的人。1953年，美国物理学家查尔斯·哈德·汤斯和他的学生阿瑟·肖洛制成了台微波***放大器，获得了高度相干的微波束。1958年，C.H.汤斯和A.L.肖洛把微波***放大器原理推广应用到光频范围。1960年，T.H.西奥多·梅曼制成了台红宝石激光器。1961年，伊朗科学家A.贾文等人制成了氦激光器。1962年，R.N.霍耳等人创制了半导体激光器。2013年，南非科学与工业研究国家激光中心研究人员开发出世界数字激光器，开辟了激光应用的新前景。研究成果发表在2013年8月2日英国《自然通讯》杂志上。 [2]

二极管泵浦固态和光纤激光器

高功率半导体激光器的改进使下游激光器技术的发展成为可能；在下游激光器技术领域，半导体激光器被用于激发（泵浦）掺杂晶体（二极管泵浦固态激光器）或掺杂光纤（光纤激光器）。

虽然半导体激光器提供***率，低成本的激光能源，但有其有两个关键限制：它们不储存能量、亮度也有限。基本上这两种激光器需要用于许多应用：其中一个用于将电转换成激光发射，另外一个则用来增强该激光发射的亮度。

二极管泵浦固体激光器。在二十世纪八十年代后期，用半导体激光器泵浦固体激光器的应用开始在商业应用中逐渐普及。二极管泵浦固体激光器（DPSSL）极大地缩小了热管理系统（主要是循环冷却器）的尺寸和复杂性，并且获得了历来结合了弧光灯用于泵浦固态激光晶体的模块。

半导体激光器波长的选择是基于它们与固态激光增益介质的光谱吸收特性的重叠来进行的；与弧光灯的宽带发射光谱相比，极大地降低了热负荷。由于1064nm钕基激光器的普及，20多年以来，808nm泵浦波长成为半导体激光器中数量大的波长。

随着多模半导体激光器亮度的提高以及在2000年中期能够用体布拉格光栅（VBGs）稳定窄发射线宽的能力，实现了第二代改进的二极管泵浦效率。880nm左右的较弱和光谱窄的吸收特征成为了高亮度泵浦二极管的研究热点，这些二极管能实现光谱稳定。这些更***的激光器能够直接激发钕中的激光上能级4F3/2，减少了***缺陷，激光器批发，从而改善了平均功率更高的基模提取，否则将会受到热透镜的限制。

到2010年初，我们目睹了单横模1064nm激光器及相关系列频率转换激光器在可见光和紫外波段工作的大功率缩放趋势。由于Nd：YAG和Nd：YVO4较长的高能态寿命，这些DPSSL的Q开关操作提供了高脉冲能量和峰值功率，非常适合于烧蚀材料加工和高精度微加工应用。

光纤激光器。光纤激光器提供了一种转换高功率半导体激光器亮度的更加有效的方式。尽管波长复用光学器件可以将亮度相对较低的半导体激光器转换为较亮的半导体激光器，但这却是以增加光谱宽度和光学机械复杂度为代价的。光纤激光器已被证明在光度转换中特别有效。

在20世纪90年代引入的双包层光纤使用由多模包层环绕的单模光纤，可以将更高功率，更低成本的多模半导体泵浦激光器***地投入光纤，从而创造出一种更经济的方式来将高功率半导体激光器到转换成更明亮的激光器。对于掺杂镱（Yb）的光纤而言，该泵浦激发了以915nm为中心的宽吸收或976nm左右的较窄带特征。随着泵浦波长接近光纤激光器的波长，所谓的***缺陷就会减少，从而效率大化，余热消散量小化。

光纤激光器和二极管泵浦固体激光器都依赖于二极管激光亮度的改进。一般来说，随着二极管激光器亮度的不断改善，它们泵浦的激光器功率比例也越来越大。半导体激光器的亮度提升有利于促进更***的亮度转换。

正如我们所期待的那样，空间和光谱亮度对未来的系统来说将是必要的，这将使固体激光器中具有窄吸收特征的低***缺陷泵浦和直接半导体激光器应用的密集波长多路复用方案成为可能。