体激光器的波长调谐和波长稳定技术
半导体激光器的波长调谐和波长稳定技术
作者：谢建平， 王沛， 许立新， 章江英， 吴云霞， 明海
作者单位：中国科学技术大学物理系,合肥,230026
刊名：
量子电子学报
英文刊名：CHINESE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS
年，卷(期)：2002，19(2)
被引用次数：2次
参考文献(10条)
1.庄婉如;何卿华;胡雄伟应用增益杠杆效应提高分布反馈激光器的波长可调谐范围 1998(06)
2.齐丽云;石家纬;高鼎三波长(频率)可调谐半导体激光器 [期刊论文]-半导体光电 1999(05)
3.李健;刘杰曹肇基连续可调谐钛宝石激光器的最佳调谐方法 1999(02)
4.蓝信钜激光技术 2000
5.谢建平;明海;孙晓泉钛宝石激光器980nm连续输出功率超过150mW 1993(11)
6.Kapon-Eli Semiconductor Laser Ⅱ (Materials and Structures) 1999
7.Ricci L;Weidemuller M;Esslinger T A compact grating-stabilized diode laser system for atomic physics 1995(5/6)
8.满文庆;杨世琪;钟旭滨以原子谱线作参考的半导体激光器的频率锁定 1998(01)
9.侯立周;强锡富;孙晓明一种高精度半导体激光器温控调频系统[期刊论文]-光学精密工程 1999(03)
10.Wavelength lockers keep laser in line 1999
相似文献(10条)
1.学位论文徐惠真基于折射光杠杆的波长调谐技术及其在光谱仪和LD中的应用2006
随着DWDM技术的发展，用于DWDM试验工程现场的便携式光谱仪的市场需求日趋增加。与光通信并行发展的另一个同益增长的市场需求是半导体激光器，在诸多应用中特别要求激光器是稳频或可调谐的。本论文提出一种将棱镜的折射“光杠杆”原理应用于光谱仪和半导体激光器的波长精密调谐技术。这种新颖的波长调谐技术具有结构简单，成本低和易实现等优点，无论对DWDM波长测试系统精度的提高，还是对半导体激光器稳频技术，都是重要改进。论文首先介绍了棱镜的折射“光杠杆”原理，并得出偏向角是关于入射角的弱函数，作出楔角分别为1°、2°、3°光楔的角位移灵敏度曲线，得出不同楔角光楔的放大倍数范围。接着，提出利用“光杠杆”方法来提高光谱仪的波长精密调谐精度。将未加光楔时光栅的调整角度与加上光楔之后光楔的调整角度进行比较，通过实验验证利用“光杠杆”原理实现光谱仪的波长精密调谐的可行性。最后，提出利用“光杠杆”原理实现外腔半导体激光器的波长调谐以及半导体激光器的外腔稳频。
2.学位论文唐玉龙中红外固体激光器的理论和实验研究_掺Tm<'3+>光纤激光器2008
近年来中红外光纤激光器已经成为了国际上的研究热点。掺Tm3＋光纤激光器不仅具有光纤激光器结构简洁、效率高、光束质量好、操作方便等优点，而且因为其～2μm的激光波长处于一些重要分子的吸收带，能够被应用到军事、医疗、探测、科研等重要领域。本文从实现～2μm光纤激光器的器件化、提高光纤激光器的输出功率和转换效率、压缩激光脉冲宽度等方面对掺Tm3+光纤激光器进行了研究，目的是探索中红外光纤激光器的性能和提升其输出功率，为中红外光纤激光器的实用化和产品化提供理论和实验基础。
本论文首先对半导体激光器泵浦的掺Tm3+短光纤激光器的2μm激光输出特性进行了研究，在选用高掺杂浓度和大纤芯双包层掺Tm3+光纤的条件下，从
7厘米长的光纤中获得了瓦级的2μm激光功率输出。同时，还研究了一些谐振腔参数如温度、输出镜耦合率、空气间隙等对激光器性能的影响，并分析了短光纤激光器的模式状态。
本论文然后对提升掺Tm3+光纤激光器的2μm激光输出功率进行了研究，主要通过改善泵浦源的耦合方式、优化谐振腔的结构参数、提高对光纤的冷却效果等研究了高功率光纤激光器的输出特性。在采用带尾纤输出的高功率激光二极管(LD)作为泵浦源，采用双端泵浦方式对高掺杂浓度的Tm3+光纤进行泵浦，并且有效冷却光纤的情况下，获得了超过70W的2μm激光输出。另外，还对该高功率光纤激光器的光谱特性、波长红移现象等进行了分析，并且提出了获得更高输出功率的方法。
其次，本论文研究了掺Tm3+光纤激光器在输出2μm激光时的自脉冲现象，分析了Tm3+光纤激光器中自脉冲现象的成因，建立了一个模型对不同谐振腔参数情况下的自脉冲现象进行了解释，并且提出了消除Tm3+光纤激光器中自脉冲现象的方法，即采用短腔法和低输出透过率的方法。
另外，本论文对高功率掺Tm3+光纤激光器的波长调谐进行了研究。利用一个2μm波长处的变反射率透镜，通过改变谐振腔的输出透过率，笔者实现了对掺Tm3+光纤激光器输出激光波长的宽范围调谐，单根光纤的调谐范围超过100nm，输出功率水平超过20 W。同时本文还对光纤的长度调谐进行了研究，结合长度调谐和透过率调谐，波长调谐范围可以达到240 nm。
最后，本文对掺Tm3+光纤激光器的被动调Q进行了实验研究，比较了不同光纤长度对输出脉冲特性的影响。在利用Cr2+：ZnSe晶体微片被动调制
5～50cm掺Tm3+光纤时，获得了120 ns的脉冲宽度和高达530 kHz的重复频率。同时，本文还对脉冲能量和峰值功率进行了分析，并提出了提高脉冲能量和峰值功率的方法。
3.期刊论文杨石泉.李朝晖.项阳.张昊.袁树忠.董孝义用半导体激光器作调制器的双波长可调谐锁模光纤激光器
-光学学报2003,23(4)
提出一种用法布里珀罗腔半导体激光器(F-P LD)作调制器,用线性啁啾光栅(LCFG)进行波长选择的双波长环形腔主动锁模光纤激光器.利用线性啁啾光栅在腔内的色散效应使两个波长的光脉冲通过铒光纤(EDF)时在时域上分开,从而减小了不同波长的光脉冲同时通过铒光纤时造成的竞争,因此可以在室温下获得波长间隔较小的稳定的双波长光脉冲输出.实验中成功地获得了重复频率约为2 GHz,波长间隔为0.92 nm的稳定双波长光脉冲,并通过调谐线性啁啾光栅中心波长的位置使激光波长可以在约3 nm范围内调谐.
4.学位论文田晓洁可调谐半导体激光器及其应用研究2004
激光器和激光技术被广泛地应用于科技、军事、经济等研究领域.在各种不同需求的共同作用下,激光器正在向固态化、小型化的方向发展.体积小、重量轻、转换效率高、光束质量好的紧凑光子源越来越受到人们的青睐.该论文以外腔半导体激光器为主要研究对象,介绍了在可调谐外腔半导体激光器方面做的一些理论和实验工作,主要研究内容包括:1.研究了半导体激光器的工作原理、外腔半导体激光器的模式选择和线宽压窄原理.对Littrow、Littman和双光栅等结构的可调谐光栅外腔半导体激光器进行了理论分析.并分别采用Littrow型单光栅和Littman型双光栅两种外腔结构,对650nm的半导体激光器进行线宽压窄,成功地实现了外腔半导体激光器单纵模输出,观察到的最小线宽<0.01nm(光谱仪上的示数),调谐范围约7.1nm.2.采用光栅外腔Littrow结构,研制了一台结构紧凑的可调谐650nm光源,其尺寸为110×80×35(mm<'3>),输出谱线宽度达到0.06nm,调谐范围4.6nm,可连续稳定运转4小时以上,并保证输出光的方位不发生改变.而且用棱镜将输出光斑压缩成类方形,并进行了相应的误差分析,为实际加工起到了一定的理论指导.3.介绍了两种电调谐外腔半导体激光器.采用Littrow光栅外腔结构,用电光晶体的电光效应进行电调谐的半导体激光器;具有多波长运转、增益扩展特性,用液晶显示器或数字反射镜实现电调谐的傅里叶变换外腔激光器.设计了一个电光调谐外腔半导体激光器,并进行理论和实验分析.4.研究了窄线宽半导体激光器在角度传感系统上的应用.结果表明采用光栅外腔半导体激光器作为光源,使电光角度传感系统的精度提高了一个量级,在±5°测量范围内角度传感精度可达
2.5秒.并介绍了可调谐外腔半导体激光器的腔内二次谐波产生和在医学诊断方面THz图像技术的应用.5.阐述了光参量振荡(OPO)的原理,讨论了相位匹配对OPO特性的影响,并介绍了OPO的发展趋势.
5.期刊论文董兆辉.王宏杰.隋金龄.田晓洁.吕福云双光栅外腔半导体激光器压窄技术的研究-光电子技术与信息
2004,17(1)
介绍了利用双光栅外腔结构对650 nm半导体激光器输出激光进行选模、线宽压窄及波长调谐的研究.获得了最窄线宽＜0.01 nm的单纵模激光输出,实现了波长调谐范围约8.4 nm.
6.学位论文彭华军可调谐光栅外腔半导体激光器的研究1999
该论文介绍了半导体激光器的发光原理和模式,应用速率方程分析了外腔半导体激光器的振荡特性,探讨了使用光栅作外腔元件对线宽的压窄作用以及实现波长连续调谐条件;采用Littrow结构,应用弱耦合方式,对800nm波段的半导体激光器进行实验;实现了线宽压窄,获得单模激光输出,边模抑制比
>20,并可以4.8nm范围内进行波长调谐;同时还分析了外腔长度、注入电流及温度等因素对激光输出的影响.
7.期刊论文段云锋.张江水.田晓洁.郭文刚.王健.王宏杰.吕福云.张光寅.DUAN Yun-feng.ZHANG Jiang-shui.
TIAN Xiao-jie.GUO Wen-gang.WANG Jian.WANG Hong-jie.L(U) Fu-yun.ZHANG Guang-yin紧凑型光栅外腔可调谐
半导体激光器-量子电子学报2005,22(2)
研制了一台结构紧凑的窄线宽、可调谐半导体激光器.采用光栅外腔Littrow结构,将光栅和平面反射镜置于同一个旋转平台上,并使光栅衍射平面和平面镜反射平面的交线与平台旋转轴重合,通过旋转平台实现光栅外腔选取单纵模、压窄线宽和波长调谐,并保证输出光的方位不发生改变,同时用棱镜将输出光斑压缩成为类方形.该激光器的尺寸为110 mm×80 mm×35 mm,中心输出波长为653 nm,谱宽0.07 nm,调谐范围4.6 nm,可连续稳定运转4小时以上.
8.学位论文闫璐两段式DFB激光器阈值及输出特性研究2003
两段式分布反馈(Distributed Feedback,DFB)半导体激光器可以在一定波长范围内实现单纵模、可调谐工作;同时,它还具有双稳、波长转换等功能.因此,两段式DFB激光器可望在密集波分复用以及多波长网络中获得应用.基于两段式DFB激光器中的截流子分布事实,该文对每一段内的截流子浓度用平均场方法处理;对于激光器内的光场分布则应用严格的耦合波理论进行研究,通过将这两种方法有机结合,首次导出了两段式DFB激光器的阈值条件表达式.该表达式可以用来预测激光器激射工作时,两段载流子浓度和激射波长之间的相互关系.在两段式DFB激光器的输出特性研究方面,利用边界条件以及两段之间的连续条件,导出了两段平均光子数密度之间的依赖关系;这和两段式DFB激光器的阈值条件表达式相结合,构造了该文研究激光器输出特性的理论框架.在此基础上,研究了每一段等效反射率谱曲线随载流子浓度变化的情况;分析了边界相位的不确定性以及激光器腔长对阈值特性的影响;重点讨论了其中一段工作在吸收状态下的波长调谐性质.
9.期刊论文岳丛建.琚爱堂.王铁云.王福谦.张国文.袁建法.阎红.YUE Cong-jian.JU Ai-tang.WANG Tie-yun.
WANG Fu-qian.ZHANG Guo-wen.YUAN Jian-fa.YAN Hong可调谐半导体激光器-长治学院学报2007,24(2)
讨论了可调谐半导体激光器的发展,对可调谐外腔半导体激光器的研究情况进行了综述,并报道了外腔半导体激光器的应用.
10.学位论文张世俊耦合垂直腔面发射激光器波长调谐特性的研究2008
本文在考虑了顶、底腔折射率随载流子变化的比例系数b1、b2的基础上，通过结合CC-VCSEL的上下两布拉格反射膜堆的边界条件和中间布拉格反射膜堆的耦合传输矩阵，导出了耦合垂直腔面发射激光器的各个激射波长满足的光场平衡方程，通过该方程解出了两腔内的阈值载流子浓度，研究了载流子浓度变化对激射波长的影响，讨论了CC-VCSEL，的两个重要参数对波长调谐的影响：腔内折射率随载流子变化的比例系数(b1，b2)、中间DBR层数。
利用稳态载流子速率方程，结合阈值载流子浓度和各激射波长的耦合因子，得到了器件的电流阈值特性及工作状态，进而得到了输入电流对激射波长的影响，即CC-VCSEL的调谐特性。
引证文献(2条)
1.孙照菊半导体激光器特性参数检测仪的研制[学位论文]硕士 2005
2.潘晴.胡必春.李林.杨四刚.黄德修LD波长漂移检测及窄带滤光片的优化选择[期刊论文]-半导体光电 2003(2)
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激光二极管的特性
激光二极管的特性 1、伏安特性 半导体激光器是半导体二极管，具有单向导电性，其伏安特性与二极管相同。反向电阻大于正向电阻，可以通过用万用表测正反向电阻确定半导体激光二极管的极性及检查它的PN结好坏。但在测量时必须用1k以下的档，用大量程档时，激光器二极管的电流太大，容易烧坏。 2、P—I特性 激光二极管的出射光功率P与注入电流I的关系曲线称为P-I 曲线。 注入电流小于阈值电流I th时，激光器的输 出功率P很小，为自发辐射的荧光，荧光的输 出功率随注入电流的增加而缓慢增加。 注入电流大于Ith时，输出功率P随注入 电流的增加而急剧增加，这时P—I曲线基本上 是线性的。当I再增大时，P—I曲线开始弯曲呈非线性，这是由于随着注入电流的增大，使结温上升，导致P增加的速度减慢。 判断阈值电流的方法：在P—I特性曲线中，激光输出段曲线的向下延长线与电流轴的交点为激光二极管的阈值电流。 3、光谱特性
激光二极管的发射光谱由两个因素决定：谐振腔的参数，有源介质的增益曲线。 腔长L确定纵模间隔，宽W和高H决定横模性质。如果W和H 足够小，将只有单横模TEM00存在。 多模激光二极管在其中心波长附近呈现出多个峰值的光谱输出。单纵模激光器只有一个峰值。 工作在阈值以上的1mm腔长的增益导引LD的典型发射光谱 激光二极管是单模或多模还与泵浦电流有关。折射率导引LD，在泵浦电流较小、输出光功率较小时为多模输出；在电流较大、输出光功率较大时则变为单模输出。而增益导引LD，即使在高电流工作
下仍为多模。 折射率导引激光器光谱随光功率的变化发射光谱随注入电流而变化。I
用钢尺测量激光器波长
用钢尺测量激光器波长 、引言 激光作为一种单色性、方向性极好的相干光源，近年来被广泛的应用到各种 科学实验中。但由于激光材料的不同，激光被分为狠多的种类，激光器的特性也不尽相同，比如说其最重要的特性中心波长。我们在使用激光器之前了解其波长是十分必要的，当然在现代的实验室中有各种各样的精密仪器可以方便的测出激光的波长，但是如果我们不依靠实验室里的这些仪器，仅用我们日常生活中一些常用的工具能否测出激光的波长呢？下文我们就介绍了一种方案，结合激光的波动性，仅利用一把我们日常生活中使用的钢尺就能较准确地测出激光的波长。一把普通钢尺在日常生活中常常用来粗测物体的长度，但是如果有精妙的实验方案，利用小小的钢尺完全可以较精确的测量出激光的波长。这听来似乎完全“不可思议”。如果能够巧妙的利用光的波动性的话，这个奇迹完全可以创造。而且本试验所需器材简单易找，完全来源的于日常生活，符合“从生活到物理” 的新课程理念。是学生课下作为“探究性”实验的极好素材。 、正文部分 1）实验原理 激光是一种方向性和单色性极好的光源，试验过程中首先将钢尺固定 在水平桌面上，使激光的一部分照射在钢尺的刻痕上，一部分反 射到垂直于桌面的墙壁上。这时通过微调激光的入射角度，则会在墙面上出现系列亮点S。，S。，S。，S。等。这是因为 S。，S o 激光在钢尺两刻痕之间的许多光滑面上均发生了反射，这些反射光线如果相位相同则会相互叠加而在墙面上形成亮斑。原理如图 1所示。
激光器 图一 由于钢尺上有周期性排列的间隔为1mm 的间隔，也就是钢尺的刻度，两刻度之间 为表面光滑的钢面，可以较好的反射激光，而刻度由于表面为黑色而且不光滑, 所以不能很好的反射激光，这样我们可以将钢尺看成一个反射光栅， 而激光又是 单色性、相干性非常好的光源，当激光打在钢尺的刻度上反射之后， 就能够形成 相应的衍射条纹。具体的实验原理如下图所示: 在图二A 处放置一激光发生器，其发出的激光以接近 90度的入射角照射在BB' 上（BB 为钢尺上刻度与刻度之间的平滑面能够反射激光），由于BB'非常的小, 其可以和激光的波长相比较，所以光束在反射的同时又发生衍射，当两束衍射光 的相位相同时，则会相互叠加而加强，在光屏上形成亮斑；当两束衍射光相位相 反时，则由于相互叠加而减弱，形成暗斑。如图所示激光以跟平面成 角入射在 光滑平面上，经过反射之后到达光屏，其光程差为: AB' P ABP DB' D' B d(cos cos ) k
多波长掺铒光纤激光器
如图为短脉冲高功率1.5微米光纤激光器 平均功率能达到1W，可调节的脉冲宽度达到ns 可调节的重复频率达到MHz 可以应用于激光雷达/雷达、遥感、测距 什么是光纤激光器 光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发出来：在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度，造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”，当适当加入正反馈回路（构成谐振腔）便可形成激光振荡输出。光纤激光器的特点 光纤作为导波介质，纤芯直径小，纤内易形成高功率密度，可方便地与目前的光纤通信系统高效连接，构成的激光器具有高转换效率、低阈值、高增益、输出光束质量好和线宽窄等特点； 由于光纤具有极好的柔绕性，激光器可设计得相当小巧灵活、结构紧凑、体积小、易于系统集成、性能价格比高； 与固体、气体激光器相比：能量转换效率高、结构紧凑、可靠性高、适合批量生产；与半导体激光器相比：单色性好，调制时产生的啁啾和畸变小，与光纤耦合损耗小。 光纤激光器的分类 按谐振腔结构分类为F-P腔、环形腔、环路反射器光纤谐振腔以及“8”字形腔等。 按激光输出波长数目分类为单波长光纤激光器和多波长光纤激光器。 按输出激光特性分类为连续光纤激光器和脉冲光纤激光器 按光纤材料分为晶体光纤激光器、非线性光学型光纤激光器、稀土类（如铒）掺杂光纤激光器、塑料光纤激光器等 随着高容量光纤通信网的发展，波分复用技术得以广泛的采用，它要求多波长光源 具有波长间隔小、线宽窄、功率谱平坦等特点。因此满足波分复用技术要求的多波长光 纤激光器成为研究的重点 多波长光纤激光器基本结构 1、增益介质 就增益介质而言，多波长光纤激光器通常采用光纤放大器(如掺稀土光纤放大器和拉曼光纤放大器作为增益介质，这将使得其具有结构紧凑、灵活方便等优点。值得注意的是，多个波长同时共用同一增益介质将导致较强的模式竞争，要获得多波长同时稳定振荡，这是首先必须考虑的问题。然而，大多掺稀土光纤放大器为均匀展宽的增益介质，对实现稳定的多波长运转是非常不利的，必须采用一些辅助手段来抑制或削弱它们的均匀展宽特性。 （EDFA）多波长掺铒光纤激光器常采用液氮制冷光纤至77k、声光频移位调制和非线性光学效应等辅助技术来抑制掺饵光纤的均匀展宽。 2、谐振腔 在多波长光纤激光器中，谐振腔起到至关重要的作用—完成多波长选模。在大多实际情况下，多波长激光器要求相等波长间隔(ITU叮标准通信间隔200GHz、100GHz、50GHz 和25GHz)激射。为实现这一目的，通常需要借助梳状滤波器才能满足要求
波长可调谐激光器技术特点
波长可调谐激光器技术特点 波长可调谐激光器可任意控制信道波长，方便准确地控制频道间隔。可调谐激光器主要由具有有源增益区和谐振腔的激光器、改变和选择波长的可调装置、稳定输出波长装置三个基本部分组成。可调谐激光器有电流调谐、温度调谐、包括微电子机械系统机械（MEMS）的机械调谐三种基本技术，一般采用其中的一种或两种技术。 波长可调谐激光器开发现状 波长可调谐激光器从上世纪80年代起就开始进行研发，已获得很大发展。目前可调谐激光器已投入商业生产，并有许多结构不同和工作机理各异的可调谐激光器产品出现。目前，国际上已开发出可调谐的分布反馈（DFB）激光器、分布布喇格反射器（DBR）激光器、基于MEMS的可调谐垂直腔面发射激光器（VCSEL）、可调谐光纤激光器等。此外，还发展了与滤波器、反射器、调制器、放大器等单片集成和混合集成的可调谐激光器，其中，采用MEMS技术的可调谐激光器是最有希望的一种，可获得大范围内可调谐激光器，并最有希望实现最小化、高密度、高速、批量生产。当今的可调谐激光器技术水平已与固定激光器不相上下，能完全实现整个C波段（1529～1561nm）或L波段（1570～1605nm）的宽带调谐。 外腔可调谐激光器功率大、线宽窄、波长稳定，已可实现大范围、非连续的波长调谐，并已形成产品，可应用于长途网、超长途网、城域网、光插分复用（OADM）、光开关等，但由于其机械调谐使其调谐和转换速度较慢，机械稳定性差、不便于集成、制造比较复杂、价格昂贵，限制了其应用范围。 单片结构电流调谐的内腔可调谐激光器应用范围较广，现在市场上出现的大范围可调激光器能够在100个通道间进行调节，输出功率可达10～20mW，调谐间隔已达25GHz，其它主要光谱指标和可靠性均达到了固定波长激光器水平。 宽带可调谐DBR激光器 在可调谐DBR激光器中，在有源F-P增益区增加了衍射光栅，通过将激励电流导向谐振腔的不同部位来改变波长。其连续调谐范围较大（＞5.8nm）、调节速度非常快、采用现有生产工艺，但其线宽宽、输出功率低、控制较复杂。可用于城域网、长途网接入、光开关、数据传输系统、相控阵雷达射频信号传输、OADM 等。目前，DBR类可调激光器是商用化最好的一个品种。除已开发出的多电极DBR 激光器、梳状电极DBR 激光器之外，又开发了几种基于DBR结构的宽带可调谐激光器（40信道，50GHz间隔），主要有超周期结构衍射光栅形DBR（SSG-DBR）激光器、取样光栅DBR（SG-DBR）激光器、取样光栅耦合器反射器（GCSR）激光器等。它们的连续调谐范围都＞40nm，最大可达100nm。其中SG-DBR和SSG-DBR 很容易与调制器集成。其中采用不等间隔啁啾光栅的超结构光栅（SSG-DBR）内腔多电极结构可调谐激光器，结构简单，可实现100nm以上宽波长调谐。用于100个信道的SG-DBR基宽可调谐激光器已成熟，它能发出比当前市场上出售的激光器更高的功率，并且能发送到100个通路中的任意一路。Santec还推出新
医学中常用的激光器
医学中常用的激光器 自第一台激光器问世后，人们对激光器件及技术进行了大量的研制工作，取得了相当可观的成果。目前能实现激光运转的工作物质达数百种以上，大体上分为气体、固体、半导体、染料等几大类。人们在探索激光产生机理的同时，扩展了激光的频谱范围，几千条谱线遍布于真空紫外到远红外的广阔光谱区域。激光方向性好、强度大，可以使被照物体在1/1000s内产生几千度的高温，瞬间发生汽化。由于激光的物理特性决定了其具有明显的生物学效应，。各种不同的激光具有不同的特性和组织效应，正确认识激光的这些特点，是选择和合理利用激光的基础。 一．气体激光器 气体激光器，按工作物质的性质，大致可分成下列三种：(1)原子激光器：利用原子跃迁产生激光振荡，以氦氖激光器为代表。氩、氪、氙等惰性气体，铜、镉、汞等金属蒸气，氯、溴、碘等卤素，它们的原子均能产生激光。原子激光器的输出谱线在可见和红外波段，典型输出功率为10毫瓦数量级。 (2)分子激光器：利用分子振动或转动状态的变化产生辐射制成的，输出的激光是分子的振转光谱。分 子激光器以二氧化碳(CO 2)激光器为代表，其他还有氢分子(H 2 )，氮分子(N 2 )和一氧化碳(CO)分子等激光 器。分子激光器的输出光谱大多在近红外和远红外波段，输出功率从数十瓦到数万瓦。(3)离子激光器：这类激光器的激活介质是离子，由被激发的离子产生激光放大作用，如氩离子(激活介质为Ar＋)激光器。氦镉激光器(激活介质为Cd＋)等。离子激光器的输出光谱大多在可见光和紫外波段，输出功率从几毫瓦到几十瓦。 气体激光器是覆盖波谱范围最广的一类器件，能产生连续输出。其方向性、单色性也比其他类型器件好，加之制造方便、成本低、可靠性高，因此成为目前应用最广的一类器体。 1、氦氖激光器 氦氖激光器能输出波长为632.8nm的可见光，具有连续输出的特性。它的光束质量很好(发散角小，单色性好，单色亮度大)。激光器结构简单，成本低，但输出功率较小。氦氖激光器在工业、科研、国防上应用很广，医疗上主要用于照射，有刺激、消炎、镇痛、扩张血管和针灸等作用，广泛用于内科、皮肤科、口腔科及细胞的显微研究。 氦氖激光器有三种结构形式：内腔式、外腔式和半内腔式。它们均由放电管、谐振腔、激励电源等三部分组成。以内腔式为例，放电毛细管是产生气体放电和激光的区域，它的内径很小，约在1到几毫米。电极A为阳极，由钨杆或钼(或镍)筒制成。阴极K为金属圆筒，由铝、钼、钽等制成，它们均有足够的电子发射能力和抗溅射能力。组成谐振腔的两块反射镜紧贴于放电管两端，并镀以多层介质膜。其中一个为全反射镜，另一个则为部分反射镜，整个谐振腔在出厂前已调整完毕，因此使用简单、方便。放电管的管径比放电毛细管粗几十倍，用以保持氦氖气压比及加固谐振腔。为了避免放电管变形而引起激光输出下降，内腔管的长度不宜过大，一般不超过一米。外腔式激光器可以更换不同的反射镜，使输出功率最大，光束发散角最小。也可在反射镜和放电管之间插入光学元件，以研究激光器的输出特性，调制它的频率或幅度，并可制成单频大功率激光器。 2、二氧化碳激光器 二氧化碳激光器的能量转换效率达20～25%(氦氖激光器的能量转换效率仅为千分之几)。它的输出波长为10.6微米，属于远红外区，连续输出功率可达万瓦级，常用电激励，结构比较简单紧凑，使用 方便，是目前最常用的激光器之一，在医学上，CO 2激光器作为手术刀使用日益引起人们的重视。CO 2 激 光器也用于皮肤科、外科、神经外科、整形外科、妇科和五官科的手术，在癌症的治疗上也有一定成效。 最常见的封离型内腔式二氧化碳激光器的管壳是由硬质玻璃或石英材料制成的。常见为三层玻璃套管结构，其最内层是放电管，中间层是水冷套，外层是储气管。在内外层之间有气体循环通路，这是为了保证混合气体的均匀分布而设计的。其光学谐振腔通常用平凹球面腔。球面镜可用石英或其他光学玻璃做基片，然后，在表面上镀层金属膜。平面镜是输出窗片，要求它对10.6μm的激光有很好的透过率，且表面不易损伤，机械性能好等。一般中小功率的激光器常常采用锗单晶做输出片，大功率的用砷化镓
不同波长激光的特性
不同波长激光的特性 蓝绿激光：穿透深度最浅，作用与视网膜内层和外层，主要被RPE吸收，如氩激光。 绿色激光：组织穿透力比蓝光强，被血红蛋白和RPE吸收，57%被RPE吸收，47%被脉络膜吸收。 黄激光：视网膜神经纤维层的弥散很少，穿透力强，黄色激光被RPE层和脉络膜内层的吸收各占50%。 红光和红外激光：穿透力最强，主要作用于脉络膜中、外层的激光。红色激光随波长的增加被脉络膜的吸收逐渐增加。 不同组织的吸光波长 1.激光波长从400~950nm在眼内的穿透性可以达到95%。RPE和脉络膜在波长450~630nm是 吸收率可以达到70%。随着波长的增加，吸收率很快下降，因而氩激光（蓝绿）激光和532激光是眼内最常使用的激光光谱。 2.血红蛋白对光的吸收特性： 在波长400~600nm（蓝到黄的部分），血红蛋白有较高的吸收率，而600nm以上（红和接近红外）的波长很受被血红蛋白吸收，所以有视网膜下出血时可选用600nm（红）以上的激光。 3.叶黄素的吸收特性： 叶黄素是锥体细胞的感光色素，对480nm一下的波长有较高的吸收峰，容易造成叶黄素的破坏，为了避免损伤，用绿色以上的波长对视锥细胞较安全，其中810激光对其损伤最小。 眼科激光的分类 眼科激光分气体、液体和固体激光三大类 ,其中气体激光又分分子(CO2 分子) 、原子(氦氖原子)和离子(氩离子及氪离子)激光三种。液体激光有染料激光。固体激光有红宝石激光 ,Nd：YAG激光 ,半导体激光。应用途径有眼内和眼外 2种途径。眼内激光是在玻璃体手术时眼内使用。眼外激光使用途径有2 种, 一种为经过瞳孔的,另一种是经巩膜的。 眼底光凝治疗的原理 眼底病进行光凝治疗的原理是: 激光被眼底之色素吸收后产生热能。热能使它作用的组织发生变化, 从而达到治疗目的。眼底吸收激光的物质主要为黑色素, 其次为叶黄素的血红蛋白。眼底含有黑色素的组织为视网膜色素上皮和脉络膜。这些色素和血红蛋白对不同波长光的吸收曲线是激光光凝的依据。眼底色素吸收激光后产生的热能可以使组织凝固、坏死及发生炎症, 继而机化从而达到使组织粘连, 还可以直接使视网膜上的新生血管和微血管瘤封闭, 直接破坏产生新生血管生长因子的视网膜组织和视网膜及脉络膜上的肿瘤组织。 激光光凝四要素 激光技术四要素是指波长，光斑大小，曝光时间和输出功率 ,这是完成眼底激光治疗技中十分重要且不能忽视的问题 ,是与治疗效果十分相关的因素,是保证实现视网膜有效光斑的关键。 波长选择的原则 波长的选择主要由病变部位和性质决定 ,当具有多种波长激光时 ,可以选择最合适的激光波长但当只有单波长激光时 ,选择的余地不存在,可发挥其他参数的功能. 氩激光（蓝绿激光）：主要作用于视网膜内层和外层。如糖网，静脉阻塞，EALES,视网膜裂孔等选择绿色以上的波长，临床多使用绿光。
激光的特点(特性)
激光的特点 1、相干性好 2、方向性强 3、单色性好 1、相干性好 一个几十瓦的电灯泡，只能用作普通照明。如果把它的能量集中到1m直径的小球内，就可以得到很高的光功率密度，用这个能量能把钢板打穿。然而，普通光源的光是向四面八方发射的，光能无法高度集中。普通光源上不同点发出的光在不同方向上、不同时间里都是杂乱无章的，经过透镜后也不可能会聚在一点上。 激光与普通光相比则大不相同。因为它的频率很单纯，从激光器发出的光就可以步调一致地向同一方向传播，可以用透镜把它们会聚到一点上，把能量高度集中起来，这就叫相干性高。一台巨脉冲红宝石激光器的亮度可达1015w/cm2?sr，比太阳表面的亮度还高若干倍。具有高亮度的激光束经透镜聚焦后，能在焦点附近产生数千度乃至上万度的高温，这就使其可能可加工几乎所有的材料。 2、方向性强 激光的方向性比现在所有的其他光源都好得多，它几乎是一束平行线。如果把激光发射到月球上去，历经38.4万公里的路程后，也只有一个直径为2km左右的光斑。 3、单色性好： 受激辐射光（激光）是原子在发生受激辐射时释放出来的光，其频率组成范围非常狭窄，通俗一点讲，就是受激辐射光单色性非常好，激光的“颜色”非常的纯（不同颜色，实际就是不同频率）。激光的单色性是实现激光加工的重要因素。我们可以通过简单的物理实验来说明这个问题。 我们使用三棱镜，可以将一束太阳光分解成七色光谱带，其原理是日光其实是多种波长的光混合在一起的复色光，不同波长的光透过同一介质时，由于在介质中折射率的不同，使各色光的传播方向发生不同程度的偏折，因而在离开棱镜时就各自分散，形成光谱带。 典型灯泵浦YAG激光器原理 在一个截面为椭圆形的腔体内，两个焦点上分别放置激光棒和氪灯，在一个焦点上（氪灯）发出一定波长的光，经过反射腔体内壁的反射，会聚在腔体的另一个焦点上（激光棒），使工作物质里的粒子受到激发，粒子受激吸收后，处于低能态的原子由于吸收了外界辐射而发生能级跃迁，继而释放出激光，产生的激光在全反射镜片和部分反射镜片之间进行来回振荡，当能量达到一定值时，就可以从部分反射镜片透过，这就实现了激光的输出
常用激光器简介
几种常用激光器的概述 一、CO2激光器 1、背景 气体激光技术自61年问世以来，发展极为迅速，受到许多国家的极大重视。特别是近两年，以二氧化碳为主体工作物质的分子气体激光器的进展更为神速，已成为气体激光器中最有发展前途的器件。 二氧化碳分子气体激光器不仅工作波长(10.6微米)在大气“窗口”，而且它正向连续波大功率和高效率器件迈进。1961年，Pola-nyi指出了分子的受激振动能级之间获得粒子反转的可能性。在1964年1月美国贝尔电话实验室的C.K.N.Pate 研制出第一支二氧化碳分子气体激光器，输出功率仅为1毫瓦，其效率为0.01%。不到两年，现在该类器件的连续波输出功率高达1200瓦，其效率为17 %，电源激励脉冲输出功率为825瓦，采用Q开关技术已获得50千瓦的脉冲功率输出。最近，有人认为，进一步提高现有的工艺水平，近期可以达到几千瓦的连续波功率输出和30~40% 的效率。 2、工作原理 CO2激光器中，主要的工作物质由CO?，氮气，氦气三种气体组成。其中CO?是产生激光辐射的气体、氮气及氦气为辅助性气体。加入其中的氦，可以加速010能级热弛预过程，因此有利于激光能级100及020的抽空。氮气加入主要在CO?激光器中起能量传递作用，为CO?激光上能级粒子数的积累与大功率高效率的激光输出起到强有力的作用。CO?分子激光跃迁能级图CO?激光器的激发条件：放电管中，通常输入几十mA或几百mA的直流电流。放电时，放电管中的混合气体内的氮分子由于受到电子的撞击而被激发起来。这时受到激发的氮分子便和CO?分子发生碰撞，N2分子把自己的能量传递给CO2分子，CO?分子从低能级跃迁到高能级上形成粒子数反转发出激光。 3、特点 二氧化碳分子气体激光器不但具有一般气体激光器的高度相干性和频率稳定性的特点,而且还具有另外三个独有的特点： （1）工作波长处于大气“窗口”，可用于多路远距离通讯和红外雷达。 （2）大功率和高效率( 目前，氩离子激光器最高连续波输出功率为100瓦，其效率为0.17 %，原子激光器的连续波输出功率一般为毫瓦极,其效率约为0.1%，而二氧化碳分子激光器连续波输出功率高达1200瓦,其效率为17%）。 （3）结构简单，使用一般工业气体，操作简单，价格低廉。由此可见,随着研究工作的进展、新技术的使用，输出功率和效率会不断提高,寿命也会不断增长,将会出现一系列新颖的应用。例如大气和宇宙通讯、相干探测和导航、超外
基于布里渊散射的多波长光纤激光器及分布式光纤传感研究
基于布里渊散射的多波长光纤激光器及分布式光纤传感研究随着信息容量需求的日益增长，高速大容量长距离将成为下一代全光通信网络的发展趋势。为了有效的利用光纤中有限的频率资源，频率间隔20GHz，甚至10GHz将是未来密集波分复用技术发展方向之一。 多波长的布里渊掺铒光纤激光器(MBEFL)具有窄线宽、宽调谐性、低阈值、低强度噪声、低成本，频率间隔固定，在室温下稳定的单纵模运转等特点，将可能成为未来最佳的通信光源之一。另外，布里渊光纤激光器(BFL)在光纤传感网络、频谱分析、RF等领域存在潜在的应用价值。 分布式布里渊光纤温度与应变传感器具有分布式光纤传感器优点的同时，还具有其它光纤传感无法媲美的显著特点，能同时测量温度与应变，可以应用于电力，石油化工、核电站、公路、桥梁、隧道、大坝、铁路、航天航空等各行业，受到国外内广泛关注。然而分布式布里渊光纤传感存在系统复杂，技术不成熟，成本高，测试时间长等问题而难以广泛应用。 本论文在佛山市禅城区工业公关计划，国家自然科学基金和国家863计划支持下，围绕多波长布里渊光纤激光器(MBFL)和分布式布里渊光纤传感两个方向进行初步的理论和实验研究，概括全文的研究成果和贡献，有如下几个方面：(1)根据布里渊耦合强度方程，推导出求解布里渊强度耦合方程一种快速有效近似解析方法，并数值解进行比较。分析了在四种情况下，光纤中的受激布里渊散射(SBS)阈值大小，用实验验证了光纤中的布里渊阈值与理论的一致性。 研究了脉冲形式的布里渊泵浦光在光纤中的Stokes与泵浦光强演变，对光纤中的温度或应变引起的频率失谐对泵浦光与探测光光强的影响进行仿真研究，检测出失谐处的位置与失谐量。(2)基于135m的高非线性光纤(HNLF)，利用光纤
半导体激光器输出特性的影响因素
半导体激光器输出特性的影响因素
半导体激光器输出特性的影响因素 半导体激光器是一类非常重要的激光器，在光通信、光存储等很多领域都有广泛的应用。下面我将探讨半导体激光器的波长、光谱、光功率、激光束的空间分布等四个方面的输出特性，并分析影响这些输出特性的主要因素。 1． 波长 半导体激光器的发射波长是由导带的电子跃迁到价带时所释放出的能量决定的，这个能量近似等于禁带宽度Eg(eV)。 hf = Eg f (Hz)和λ(μm)分别为发射光的频率和波长 且c=3×108m/s ， h=6.628×10?34 J ·s ，leV=1.60×10?19 J 得 决定半导体激光器输出光波长的主要因素是半导体材料和温度。 λ c =f ) ( )(24.1m eV Eg μλ=
不同半导体材料有不同的禁带宽度Eg ，因而有不同的发射波长λ：GaAlAs-GaAs 材料适用于0.85 μm 波段， InGaAsP-InP 材料适用于 1.3~1.55 μm 波段。 温度的升高会使半导体的禁带宽度变小，导致波长变大。 2． 光功率 半导体激光器的输出光功率 其中I 为激光器的驱动电流，P th 为激光器的阈值 功率；I th 为激光器的阈值电流；ηd 为外微分量 子效率；hf 为光子能量；e 为电子电荷。 hf 、e 为常数，Pth 很小可忽略。由此可知，输出光功率主要取决于驱动电流I 、阈值电流I th 以及外微分量子效率ηd 。驱动电流是可随意调节 的，因此这里主要讨论后两者。除此之外，温度也是影响光功率的重要因素。 1）阈值电流 半导体激光器的输出光功率通常用P-I 曲线 ) (th d th I I e hf P P -+=η
光栅特性与激光波长
光栅特性与激光波长 注意事项： 1．不要用手接触光栅表面。 2．实验时，当心激光! 3．本告示牌供实验者阅读，所以不要在上面写字，更不能带出实验室。 实验内容 1．测量未知光波波长λ（调节方法见附件）。 在屏上读出K = 0、±1、±2、±3亮点位置，用米尺读出光栅到屏幕的距离L 。将数据代入下式中，求出激光的波长λ。L 估读到1mm ，X 估读到0.5 mm 。计算公式如下：（注意：此处X 为某级次亮点位置与零次亮点位置的差值。） 2 2 sin L X X += θ λθk d =sin 2．测量光栅常数d 给定波长,测量6组L （0.4mm 与0.8m 之间）与对应的X （K = 1级）值。 3．观察衍射现象 1)到光栅衍射现象观察台上另取观察用的光栅，并把光栅放在眼前，直接观察钠灯、护眼灯、日光灯。记录观察到的现象并进行分析。画出看到的现象的示意图。(护眼灯记录K=0，K=±1；钠灯记录K=0，K=±1， K=±2， K=±3） 2)观察正交光栅衍射现象 如图1，若将两个光栅互相垂直（构成正交光栅）且依次放置在激光器之前，
此时激光束穿透光栅后，在屏幕上的衍射图样如何？说明其原因。 3)观察激光束斜入射到光栅的表面时衍射现象 如图2，若将激光束斜入射到光栅的表面，观察各相应级次亮点位置的变化情况，并进行分析。 附：光栅特性与激光波长调节方法介绍（供参考） 1．关掉激光器 2．调节激光器调节架（图3） a)调节“激光器上下调节”螺丝，使激光器固定板与激光器底板平行（上下间距相等）。 b)调节“激光器左右调节”螺 丝，使激光器与激光器底板左 （右）间距相等。 3．在激光器前10厘米A处放上 光栅，打开激光器，便激光照在 光栅中心（可调节光栅高低）。向 后移动光栅到B处（例如，60厘 图3 激光调节架 米）。如果光点照在光栅上位置有 上下移动。则调节“激光器上下调节”螺丝。直到光点在A与B两处时，照在光栅上位置上下无移动。这样激光基本上平行桌面。 4．调节光屏调节架（图4，图5）
激光器工作原理
激光器工作原理 1. 1. 引言 2. 2. 原子基础知识 3. 3. 原子形成激光的核心原理 4. 4. 激光器与原子的关系 5. 5. 激光 6. 6. 红宝石激光器 7.7. 三级激光器 8.8. 激光器类型 9.9. 激光器的波长 10.10. 激光器分类 11.11. 了解更多信息 12.12. 阅读所有物理学类文章 激光器广泛用于各种产品和技术，其种类之多令人惊叹。从CD播放机、牙钻、高速金属切割机到测量系统，似乎所有东西都有激光器的影子，它们都需要用到激光器。但是，到底什么是激光器呢？激光光束和手电筒光束的区别何在呢？ NASA供图 美国国家航空航天管理局兰利研究中心（Langley Research Center） 的光学损伤阀值测试装置有三部激光器：高能脉冲钕-钇铝 石榴石激光器、钛-蓝宝石激光器和谐振氦氖激光器。 原子基础知识 整个宇宙中大约只有100多种不同的原子。我们看到的所有东西都是由这100多种原子以穷极无限的方式组合而成。这些原子之间排列组合的方式决定了构成的物体是一杯水、一块金属或是汽水瓶中的泡沫！
原子是永恒运动着的。它们不停地振动、移动和旋转，就连构成我们座椅的原子也是不断运动着的。固体实际上也在运动！原子有几种不同的激发状态，换言之，它们具有不同的能量。如果赋予原子足够的能量，它就可以从基态能量层级上升到激发态能量层级。激发态能量层级的高低取决于通过热能、光能、电能等形式赋予原子的能量有多少。 下图可以很好地阐释原子的结构： 最简单的原子模型 由原子核和沿轨道旋转的电子组成。 简单原子由原子核（含有质子和中子）和电子云组成。我们可以把电子云中的电子想象成沿多个不同轨道环绕原子核运动。 原子形成激光的核心原理 想一想上一页中的原子结构图。即便以现代技术观察原子，我们也无法看到电子的离散轨道，但把这些轨道设想成原子不同的能级会对我们的理解有所帮助。换言之，如果我们对原子加热，处于低能量轨道上的部分电子可能受激发而跃迁到距离原子核更远的高能量轨道。 能量吸收： 原子可以吸收热能、光能、电能等形式的能量。然后电子可以从低能 量轨道跃迁至高能量轨道。
激光器的分类
激光器的分类 来源：全球五金网 2011-10-31 作者：佛山市科镭激光科技有限公司公司产品公司商机公司招商公司新闻 激光器作为所有激光应用产品的核心部件，是所有激光应用产品的重中之重；而且激光器的种类是很多。下面，将分别从激光工作物质、激励方式、运转方式、输出波长范围等几个方面进行分类介绍。 按工作物质分类根据工作物质物态的不同可把所有的激光器分为以下几大类： ①固体（晶体和玻璃）激光器，这类激光器所采用的工作物质，是通过把能够产生受激辐射作用的金属离子掺入晶体或玻璃基质中构成发光中心而制成的； ②气体激光器，它们所采用的工作物质是气体，并且根据气体中真正产生受激发射作用之工作粒子性质的不同，而进一步区分为原子气体激光器、离子气体激光器、分子气体激光器、准分子气体激光器等； ③液体激光器，这类激光器所采用的工作物质主要包括两类，一类是有机荧光染料溶液，另一类是含有稀土金属离子的无机化合物溶液,其中金属离子（如Nd）起工作粒子作用，而无机化合物液体（如SeOCl）则起基质的作用； ④半导体激光器，这类激光器是以一定的半导体材料作工作物质而产生受激发射作用，其原理是通过一定的激励方式(电注入、光泵或高能电子束注入)，在半导体物质的能带之间或能带与杂质能级之间，通过激发非平衡载流子而实现粒子数反转，从而产生光的受激发射作用； ⑤自由电子激光器，这是一种特殊类型的新型激光器，工作物质为在空间周期变化磁场中高速运动的定向自由电子束，只要改变自由电子束的速度就可产生可调谐的相干电磁辐射，原则上其相干辐射谱可从X射线波段过渡到微波区域，因此具有很诱人的前景。 按激励方式分类 ①光泵式激光器。指以光泵方式激励的激光器，包括几乎是全部的固体激光器和液体激光器，以及少数气体激光器和半导体激光器。 ②电激励式激光器。大部分气体激光器均是采用气体放电（直流放电、交流放电、脉冲放电、电子束注入）方式进行激励，而一般常见的半导体激光器多是采用结电流注入方式进行激励，某些半导体激光器亦可采用高能电子束注入方式激励。 ③化学激光器。这是专门指利用化学反应释放的能量对工作物质进行激励的激光器，反希望产生的化学反应可分别采用光照引发、放电引发、化学引发。 ④核泵浦激光器。指专门利用小型核裂变反应所释放出的能量来激励工作物质的一类特种激光器，如核泵浦氦氩激光器等。 按运转方式分类 由于激光器所采用的工作物质、激励方式以及应用目的的不同，其运转方式和工作状态亦相应有所不同，从而可区分为以下几种主要的类型。 ①连续激光器，其工作特点是工作物质的激励和相应的激光输出，可以在一段较长的时间范围内以连续方式持续进行，以连续光源激励的固体激光器和以连续电激励方式工作的气体激光器及半导体激光器，均属此类。由于连续运转过程中往往不可避免地产生器件的过热效应，因此多数需采取适当的冷却措施。 ②单次脉冲激光器，对这类激光器而言，工作物质的激励和相应的激光发射，从时间上来说均
激光二极管的特性
激光二极管的特性 激光二极管的特性 1、伏安特性 半导体激光器是半导体二极管，具有单向导电性，其伏安特性与二极管相同。反向电阻大于正向电阻，可以通过用万用表测正反向电阻确定半导体激光二极管的极性及检查它的PN结好坏。但在测量时必须用1k以下的档，用大量程档时，激光器二极管的电流太大，容易烧坏。 2、P—I特性 激光二极管的出射光功率P与注入电流I的关系曲线称为P-I曲线。 注入电流小于阈值电流Ith时，激光器的输出功率P很小，为自发辐射的荧光，荧光的输出功率随注入电流的增加而缓慢增加。 注入电流大于Ith时，输出功率P随注入电流的增加而急剧增加，这时P—I曲线基本上 是线性的。当I再增大时，P—I曲线开始弯曲呈非线性，这是由于随着注入电流的增大，使结温上升，导致P增加的速度减慢。 判断阈值电流的方法：在P—I特性曲线中，激光输出段曲线的向下延长线与电流轴的交点为激光二极管的阈值电流。 3、光谱特性 激光二极管的发射光谱由两个因素决定：谐振腔的参数，有源介质的增益曲线。 腔长L确定纵模间隔，宽W和高H决定横模性质。如果W和H 足够小，将只有单横模TEM00存在。 多模激光二极管在其中心波长附近呈现出多个峰值的光谱输出。单纵模激光器只有一个峰值。 工作在阈值以上的1mm腔长的增益导引LD的典型发射光谱 激光二极管是单模或多模还与泵浦电流有关。折射率导引LD，在泵浦电流较小、输
出光功率较小时为多模输出；在电流较大、输出光功率较大时则变为单模输出。而增益导引LD，即使在高电流工作 下仍为多模。 折射率导引激光器光谱随光功率的变化 发射光谱随注入电流而变化。IIt 发射激光，光谱突然变窄。因此，从激光二极管发射光谱图上可以确定阈值电流。当注入电流低于阈值电流时光谱很宽，当注入电流达到阈值电流时，光谱突然变窄，出现明显的峰值，此时的电流就是阈值电流。 IIt 激光辐射 4、温度特性 半导体激光器的阈值电流随温度的升高而增加，变化关系可表示为： T/T0) Ith(T)?Aexp(式中T0是衡量阈值电流Ith对温度变化敏感程度的参数——叫特征温度，取决于器件的材料和结构等因素，T0值越大，表示Ith对温度变化越不敏感，器件的温度特性越好。A是常数。 因Ith随温度升高而增大，因此P—I特性曲线也随温度变化。随着温度升高，在注入电流不变的情况下，输出光功率会变小。这就是为什么LD工作一段时间后输出功率会下降。 阈值—温度特性与其结构有关，一般说，异质结构比同质结的温度特性好。 温度变化还将引起激光器输出光谱的改变，出现跳模（mode hop）现象。原因：温度改变，使腔的参数（折射率， 腔长）发生较大变化，引起激发模式发生变化。在模式跳跃之前，因折射率和腔长随温度升高而有少量增加，致使波长随温度升高而缓慢增大（下图a）。如要避免跳模，必须增大模式间隔（下图b）。 对于多模增益导引半导体激光器，波长随温度的变化是由于带隙随温度变化而产生的，温度变化主要影响光增益曲线而不是腔的参数，因此变化曲线是连续的(下图c)。 半导体激光器必须加制冷器，进行温度控制。
各种激光器的比较
各种激光器比较 一、气体激光器 （1）：原子激光器 典型特例，He—Ne激光器，他发出的激光波长为0.6328um，输出功率几毫瓦到100毫瓦之间，能量转换功率低，约为0.01%。激光器器方向性，单色性好，谱线宽度窄。该激光器常用来外科医疗，激光美容，建筑测量，准直指示，激光陀螺等。 （2）：离子激光器 典型特例，Ar+离子激光器，波长大约为0.488um的蓝光，输出功率约为150W。能量转换功率为1%。长用此激光器用做彩色电视，信息储存，全息照相等方面。 （3）：分子激光器 典型特例，CO2激光器，波长约为10.6um的红外线。输出功率与管长成正比，1M的管长可获得100W的输出功率。能量转换效率较高，大约为30%。单色性好。能量输出强，常用来美容，工业和军事上。 （4）：准分子激光器 是稀有气体与卤素气体的混合，发出的波长是紫外波。输出功率小，大约为百微焦。能量转换功率约为1%。 总述：气体激光器，连续输出功率大，方向性好，其器件造价低廉，结构简单。 二、液体激光器 典型特例，若丹明6G染料，他的波长在紫外到红外之间，最大特点是连续可调。能量转换功率较高，这种激光器特点是制备容易，可循环操作，便宜。 三、固体激光器 典型特例，红宝石激光器。它的波长在可见光到近红外波段，输出功率高，约为20kw。能量转换率低，仅为0.1%。单色性差。但结构紧凑，牢固耐用，易于光纤耦合。这种激光器广泛用于测距，材料加工，军事等方面。 四、半导体激光器 典型特例，砷化镓，硫化镉等。他的输出波长在近红外波段。920nm到1.65um之间。输出功率小，能量转换功率高，但是单色性差。这种激光器最大特点是体积小，重量轻，结构简单，寿命长。因此，广泛使用于光纤通信，光信息储存，光信息处理等方面。
光与激光的特性
第一章光与激光的特性 一、光的基本特性 1、光在真空中的传播速度是：__________，但在媒质中，其速度为________，其中n是媒质的折射率（仅取决于媒质 的物质构成和光的颜色）。 2、光具有波粒二象性。光是横波。 3、光被吸收时，它的能量一般转化为热——红外加热。 ——有些物质在紫外作用下可发出荧光，荧光的强弱和颜色取决于紫外光的波长和荧光物质的化学成分。 4、光在所有物质的表面或多或少有反射。 ——反射：漫反射（光在粗糙表面向四面八方的散射）；镜面反射。 5、光在通过介质时，若介质具有光学不均匀的结构（介质的各向异性；局部的密度与平均密度的统计偏离造成的密度 起伏），就会发生散射。 ——瑞利散射：散射光波长与入射光波长相同的散射。 ——喇曼散射：散射光波长与入射光波长不同的散射，形成双散射谱线 ——布里渊散射：散射光波长与入射光波长不同的散射，形成双散射谱线 二、激光的产生与特性 1、普通光源发光特点 1)普通光源中处于激发态的原子数总是少于基态的原子数，而且受激原子的总数也有限，所以只能发出低强度的光； 2)自发辐射光子的方向是杂乱地随机分布，因此所发出光线的方向性很差； 3)普通光源发光，有可能从不同的高能级原子向不同的低能级跃迁，因此产生光子的频率便会有多种不同，导致其 辐射的光是广谱的。 2、激光产生的条件 1)形成受激辐射：受激辐射所发射出的光子等于入射光子的两倍，使光子数量增多，能量增大； 2)实现粒子数的反转：前提是有合适的具有亚稳态的工作物质，有强大的激励能源。 ——激励能源将物质中低能级的粒子抽运到高能级上，处于激发态的粒子不稳定，但由于物质具有亚稳态，故粒子会再跃迁到亚稳态上，亚稳态的寿命相对较长，从而使该物质中处于高能级的粒子数可能会多于低能级的粒子数，实现粒子数反转。 ——光激励，电激励（用于气体激光器，通过AC,DC等） 3)光学谐振腔：能不断地从电源获取能量以补充被物质所吸收的光能量，并进行光的放大；只对某一方向传播的光 才起放大作用。 ——由两块严格相互平行的光学反射镜组成（法布里-珀罗装置），一块是反射镜，反射率99%以上，一块部分反射镜，小部分投射，大部分反射。 ——原理：工作物质置于中间，沿镜面共法线方向往返的光，被镜面反射后可以多次通过工作物质，逐次放大、增强，使光子数量获得雪崩式的增加。而和轴线不平行的光就从侧面逃逸了。因此，当这种光波增强到足以抵挡谐振腔内各种损耗时，就可以在谐振腔内形成持续的震荡。这时，从部分反射镜透射出来的那部分振荡光就形成了激光。 ——最终在端面上出射的激光便具有相同的位相、传播方向、偏振频率。 总结：工作物质，激励源，谐振腔是产生激光最基本的三个条件。 3、激光的特性 1）单色性好 ——谱线宽度是衡量光源单色性好坏的标志。 ——单色性最好的是氪（Kr）灯. ——激光单色性好的原因： 激光是受激辐射光的放大，只有频率满足一定的能级跃迁的光才能得到放大，即受到荧光谱线宽度的限制； 受到激光器选频作用的限制：由于在某一条荧光谱线之内不是全部频率都能起振的，只有那些落在荧光谱线之内的共振频率（即不同的纵模或驻波）才能起振，而每个共振频率的振荡谱线宽度比荧光谱线宽度要窄得多。 ——脉冲宽度和激光线宽成反比关系： 2）方向性好
不同波长的光纤激光器介绍
不同波长的光纤激光器介绍 光纤激光器主要由泵源，耦合器，掺稀土元素光纤，谐振腔等部件构成。泵源由一个或多个大功率激光二极管构成，其发出的泵浦光经特殊的泵浦结构耦合入作为增益介质的掺稀土元素光纤，泵浦波长上的光子被掺杂光纤介质吸收，形成粒子数反转，受激发射的光波经谐振腔镜的反馈和振荡形成激光输出。现在来介绍几种波长的光纤激光器。 最长的一种2.8 μm附近(掺Ho3+，Er3+ 光纤激光器，该波段光纤激光器在生物、医疗等领域具有潜在的应用。此外2.8 μm光纤激光器还可以用作中远红外激光器的抽运光源，利用Er3+离子的4I11/2→4I13/2和Ho3+离子的5I6→5I7跃迁发射，可获得波长位于2.8 μm附近的激光输出。由于2.8 μm附近激光发射需要基质材料具有低声子能量和高的光学透过率，所以一般采用氟化物玻璃作为光纤基质。 其次是2.0 μm附近(掺Tm3+，Ho3+) 光纤激光器，2.0 μm激光是人眼安全的激光，在气象监测、激光测距、激光雷达、遥感等方面具有广泛应用。此外，水分子在2.0 μm附近有强烈的中红外吸收峰，用该波段激光进行手术，有利于加快血液凝结，减小手术创伤，中红外光纤激光器在医疗和生命科学领域也具有重要的应用。于2.0 μm附近中红外激光输出的激光激活粒子主要有Tm3+和Ho3+离子等。利用Tm3+离子的3F4→3H6和Ho3+离子的5I7→5I8跃迁发射，可分别获得波长位于2.0 μm和2.1μm 附近的激光输出。 接着就是1.5 μm附近(掺Er3+，Er3+/Yb3+) 光纤激光器，由于激光输出波长位于石英光纤的1.5 μm光通信窗口附近，对Er3+掺杂以及Er3+/Yb3+共掺玻璃光纤的激光输出性能的深入研究，关于1.5 μm附近光纤激光器的研制已较成熟。 目前最短的就是1.0 μm附近(掺Yb3+，Nd3+) 光纤激光器，1.0 μm附近光纤激光器由于在光纤通信、激光制导、倍频激光光源、抽运光源等领域的应用而得到了广泛研究。1.0 μm附近光纤激光器的掺杂稀土离子主要有Yb3+离子和Nd3+离子等。在Nd3+离子掺杂光纤中实现了Nd3+离子4F3/2→4I9/2的激光发射，该激光波长在900~945 nm内可调。而后，随着激光抽运光源的完善，Yb3+离子掺杂光纤激光器也被成功研制出来，其激光输出波长的调谐范围达到1.01~1.16 μm。
激光器的种类及性能参数总结讲解
激光器的种类及性能参数总结 半导体激光器——用半导体材料作为工作物质的一类激光器 中文名称： 半导体激光器 英文名称： semiconductor laser 定义1： 用一定的半导体材料作为工作物质来产生激光的器件。 所属学科： 测绘学（一级学科）；测绘仪器（二级学科） 定义2： 以半导体材料为工作物质的激光器。 所属学科： 机械工程（一级学科）；光学仪器（二级学科）；激光器件和激光设备-激光器名称（三级学科） 定义3： 一种利用半导体材料PN结制造的激光器。 所属学科： 通信科技（一级学科）；光纤传输与接入（二级学科） 半导体激光器的常用参数可分为：波长、阈值电流Ith 、工作电流Iop 、垂直发散角θ⊥、水平发散角θ∥、监控电流Im 。 （1）波长：即激光管工作波长，目前可作光电开关用的激光管波长有635nm、650nm、670nm、激光二极管690nm、780nm、810nm、860nm、980nm等。 （2）阈值电流Ith ：即激光管开始产生激光振荡的电流，对一般小功率激光管而言，其值约在数十毫安，具有应变多量子阱结构的激光管阈值电流可低至10mA以下。 （3）工作电流Iop ：即激光管达到额定输出功率时的驱动电流，此值对于设计调试激光驱动电路较重要。 （4）垂直发散角θ⊥：激光二极管的发光带在垂直PN结方向张开的角度，一般在15?~40?左右。 （5）水平发散角θ∥：激光二极管的发光带在与PN结平行方向所张开的角度，一般在6?~ 10?左右。 （6）监控电流Im ：即激光管在额定输出功率时，在PIN管上流过的电流。 工业激光设备上用的半导体激光器一般为1064nm、532nm、808nm，功率从几瓦到几千瓦不等。一般在激光打标机上使用的是1064nm的，而532nm的则是绿激光。 准分子激光器——以准分子为工作物质的一类气体激光器件。 中文名称： 准分子激光器 英文名称： excimer laser 定义：