固体激光器的种类_固体激光器的应用

固体激光器的种类

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，但是最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

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

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，成为了现在的固体激光器内极其优秀的工作物质。

掺钕钇铝石榴石激光器通常把氪灯当作是泵浦光源。氪灯与氙灯的构造基本相同，区别是它的灯管内充有大气压为2到4的氪气。

掺铒钇铝石榴石激光器

掺铒钇铝石榴石激光器（Er：YAG）的波长比较独特，引起了科学家的广泛关注，并且在医学应用方面也取得了较大的应用，对于未来的发展有很好的前景。

这类固体激光器的基本结构与Nd3+：YAG固体激光器基本结构相似，通常采用脉冲氙灯泵浦，聚光腔为镀银的单椭圆柱腔或双椭圆柱腔，但是它的光学元件必须与水蒸气隔离（不隔离激光束将破坏），因此需要将激光器密闭在干燥的容器之中。

掺铒钇铝石榴石激光器具有较高的光学性能、较小的损耗，而且激光输出方面比较的高，物理化学性能较稳定，能特别高效的去掉硬组织。

可调谐固体激光器

可调谐固体激光器也具备了比较多的优异的特点：它的内存较大，能够使储存时间较大;其使用时间长;闪光灯或者二极管泵浦时效果非常明显;在调形下也能够正常运转;产生光束性能好，并且谐波的产生能力也较好。

可调谐固体激光器指的是在一定范围内，能够使输出波长连续改变的固体激光器，我们可以将它分为两类：一类是色心激光器;一类是用掺过渡族金属离子的激光晶体制作的可调谐激光器。

前者是指工作物质为有色心的晶体，这种色心是由于正负离子的缺失造成的。它的荧光线宽因为晶体振荡的干扰而使得其宽度较大。色心激光器调谐范围宽为0.6～3.65微米，线宽窄，但是大部分都只能在低温下工作。激光晶体主要包括金绿宝石、Cr:GSGG和掺钛蓝宝石等，其中性能最好的固体可调谐材料是钛蓝宝石。

二极管泵浦的固体激光器

二极管泵浦的固体激光器诞生于1962年，它不同于以往的以闪光灯作为泵浦源的固体激光器，它的泵浦源是LD，被称为全固态激光器，这主要是因为它的元器件都是“固态”的。它的优点比较明显：具有很强的光转换率、功率大、稳定性好、安全可靠、使用时间长以及体积小等。

固体激光器的应用

固体激光器在军事、加工、医疗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。

固体激光器在工业加工中的应用

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最频繁的一种方法。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，最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。

固体激光器在军事领域的应用

固体激光器如今在军工方面的应用也表现出了愈发强大的发展空间，它在军工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，比如军事专用的测量距离的机器，有导航功能的炸 弹等。而且固体激光器还有非常大的可能向定向武器方面发展，可以用于导 弹的防御、防控以及还是军舰的自我防卫等。

固体激光器在军事领域的成功运用，对于战场态势的转变有非常大的变化，而且随着技术的发展，它很能够实现模块化的批量生产，这就使得在军事领域更加的方面快捷，更有甚至可以成为单边作战的重要元器件。

固体激光器在生物医学中的应用

固体激光器在医学领域的成功运用还是从眼部手术开始的，1962年，人们第一次将人的视网膜和眼球利用激光进行连接，这样就可以做到不用对眼球进行切开就能达到治疗的效果。

固体激光器于生物医疗领域中的使用包括医学研究工具、激光诊断和激光治疗三大类。

1、医学研究工具

在研究医学病理、生理、生化的过程中，可以通过固体激光器的激光照射各个细胞，以便对细胞的生理开展探究，也可利用激光来做细胞手术。现在固体激光器已经变成了科研人员研究遗传学和胚胎学实验非常重要的器材。

2、激光诊断

利用激光诊断测试方法可以很好的对活体组织进行内部的检测。所以在对人体的手指、牙齿以及小孩的脑积水方面都有很好的应用。比如现在科学家正在研究利用能量为400J、输出宽度为半毫米的激光器对牙齿进行检测。

利用固体激光器来检测血药流动方面的内容的时候，在不需要血药进行扰乱的情况下就可以成功的测量。当对生物的组织进行定量测试的时候，可以很简单的测定被测对象身体各个部位的细胞成分，来检查对象内的元素成分。

3、激光治疗

在激光治疗的过程中，现在最为常用的方法就是利用固体激光器的凝结机。在进行手术的时候，通过激光手术刀的作用就可以对身体内的手术部位进行治疗，这样就可以很好的减轻血量的流失，而且后期恢复较快，没有干扰等。在视网膜、青光眼以及巩膜的手术上面红宝石激光器也非常方便，红宝石激光器不仅是全球第一台激光器，也是最早在医学治疗中使用的激光器。而且由于它的工作波长是可见光范围，不宜与血红蛋白进行作用，所以在各种色素引起的病变中非常的实用。

在生物医学治疗中使用越来越普及的固体激光器是Nd3+：YAG激光器，由于这一类固体激光器具有多种优良特性：转换的效率相当的高，超级大的激光输出功率，其中激光输出功率在单根的晶体工作时能够高达百瓦，与CO2气体激光器相比，具有更好的止血和凝固作用，因此在医学领域中经常起手术刀的作用，它的作用是在解剖血管饱满的组织时，使出血量极低。这类固体激光器能够输出脉冲能量相当大的激光，并且激光在水和血红蛋白中时很难被吸收，因此能够渗透到很深的组织中。

由于Nd3+：YAG固体激光器通过倍频技术可以得到波长为532nm的绿色激光，且其穿透较浅，因而一般仅限于对较浅的血管性病变进行治疗，另外，倍频Nd3+：YAG激光也可广泛应用于胃出血、血管瘤的的治疗及显微外科手术，对于由红的染料颗粒所引起的文身、文唇等人为的皮肤色素变异亦具有一定的治疗效果。