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光电科普|你知道激光是怎么产生的吗?

激光
 
激光英文名 LASER,其全称是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation。字面意思就是“光受激辐射放大”。其为人工光源,具有与自然光不同的特性,可直线传播到很远,并且可聚集在较小范围等。

激光与自然光的区别

英文名 LASER,其全称是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation。
字面意思就是“光受激辐射放大”。
其为人工光源,具有与自然光不同的特性,可直线传播到很远,并且可聚集在较小范围等。
激光为单一波长的光,其特性称之为单色性。单色性的优点在于可提高光学设计的灵活性。
光的折射率因波长不同而产生变化。
自然光穿过镜头时,会因内含不同种类的波长,而产生扩散现象。这种现象称为色差。
而激光为单一波长的光,只会朝相同方向折射。
例如,摄像头的镜头需要具备可校正因颜色导致的失真的设计,但激光仅需考虑该波长即可,因此光束可长距离传送,实现小光斑聚光的精密设计。
指向性
指向性是指声音或光线在空间内前进时不易扩散的程度,指向性较高则表示扩散小。
自然光包含朝各种方向扩散的光,为提高指向性,需要靠复杂的光学系统去除前进方向以外的光。
气体激光CO2 激光是以 CO2 气体为媒质的激光。在填充有 CO2 气体的管内,配置电极板,以产生放电。电极板连接外部电源,使其可投入高频率电力作为激发源。因电极间放电而在气体中产生等离子体,CO2 分子会变换为激发态,该数量增加后开始受激辐射。此外,为了让光往返而产生振荡,相对设置一对镜面,则构成了谐振器。光会在全反射镜和输出镜之间往返,放大后输出为激光。
气体激光
CO2 激光是以 CO2 气体为媒质的激光。
在填充有 CO2 气体的管内,配置电极板,以产生放电。电极板连接外部电源,使其可投入高频率电力作为激发源。因电极间放电而在气体中产生等离子体,CO2 分子会变换为激发态,该数量增加后开始受激辐射。此外,为了让光往返而产生振荡,相对设置一对镜面,则构成了谐振器。光会在全反射镜和输出镜之间往返,放大后输出为激光。
固体激光
侧面抽运方式 YAG 激光是以 YAG 结晶为激光媒质的一种固体激光。
YAG 是指(Yttrium Aluminum Garnet)的结晶,并添加 Nd(Neodymium、钕)。
激光器的构成是在与 YAG 结晶的轴平行的两侧配置激发用 LD。使用一对镜面构成谐振器,在两者之间配置 Q 开关。振荡波长为 1064 nm。
侧面抽运方式是一种投入激发光的面积较大,可提高投入能量并容易获得高功率输出的构成。
脉冲宽度较长,为 100 ns 至数 ms,可产生脉冲能量较大的脉冲,用于对金属的刻印、切断、雕刻、焊接。
侧面抽运方式 YVO4 激光是以 YVO4 结晶为激光媒质的一种固体激光。
YVO4 是指钒酸钇结晶,与 YAG 同样添加有 Nd(钕)。采用从 YVO4结晶端面单侧照射激发光的方式,以一对镜面构成揩振器,并在镜面间配置结晶和 Q 开关。振荡波长与 Nd:YAG 激光相同,为 1064 nm。放大率较高,可使用较小的结晶,激光器长比 YAG 激光短。因此,光可在更短时间内反复射入结晶,使光强度急剧增加。与 YAG 相比,具有效率更高、峰值更高且脉冲更短的特点。此外,结晶中心部的放大率较大,产生的光为单模光 ,可输出高品质的激光。
光纤激光 
光纤激光使用光纤为媒质,是长距离通信的中断放大技术发展为高功率输出激光的产物。光纤由中心传输光的核心和以同心圆状包覆核心的金属包层构成。光纤激光以该核心为激光媒质放大光。因此核心中添加有 Yb(Ytteribum、镱)。
光纤激光的构成一般是通过激光二级管(Seed LD)产生的称之为种子光源(Seed Light)的脉冲光,然后通过 2 个以上的光纤放大器进行放大。激发用 LD 配备多个单管发射器(发光层为 1 个)LD。各LD 为低功率输出,因此具有热负荷较小的优点,实现了长寿命。此外,该 LD 数量越多,越可实现高功率输出的激光。光纤激光振荡效率较高,与固体激光和气体激光相比,具有功率消耗较低的特点。
放大用光纤(前置放大器、主要放大器)为 3 层构造,包括核心和 2层金属包层。激发光进入内侧的金属包层(内层包覆)和添加有 Yb的核心内,使核心内部的原子变换为激发态。激光被封闭于核心内前进,再通过激发原子放大,在媒质内越前进,强度越强。与固体激光或气体激光不同,光朝一个方向前进,不会往返。


 



 
 
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