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固體激光器的應(yīng)用
固體激光器在軍事、加工、醫(yī)療和科學(xué)研究領(lǐng)域有廣泛的用途。固體激光器常用于測距、跟蹤、制導(dǎo)、打孔、切割和焊接、半導(dǎo)體材料退火、電子器件微加工、大氣檢測、光譜研...[查看全部]
固體激光器是用固體激光材料作為工作物質(zhì)的激光器，具有體積小、使用方便、輸出功率大的特點(diǎn)，在軍事、加工、醫(yī)療和科學(xué)研究領(lǐng)域有廣泛的用途。但由于固體激光器工作介質(zhì)的制備較復(fù)雜，所以價(jià)格較貴。
固體激光器的工作原理一個(gè)原子吸收能量之后，從低能態(tài)到高能態(tài)的過程稱為激發(fā)過程。反之，處于激發(fā)狀態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，總是自發(fā)地回到低能態(tài)，同時(shí)有光子發(fā)出。這一過程叫“自發(fā)輻射”。如果原子吸收外界光能而躍遷到高能級，而受外界光感應(yīng)產(chǎn)生輻射又回到低能態(tài)，這一過程叫“受激發(fā)射”。但是，只有采用一種辦法使物質(zhì)中大量粒子同時(shí)處于激發(fā)態(tài)，并通過外界光感應(yīng)，使所有處于激發(fā)態(tài)的粒子幾乎同步完成受激輻射回到低能態(tài)，這時(shí)物質(zhì)才能發(fā)出一柬強(qiáng)大的光束來，稱為“激光”。
在固體激光器中，能產(chǎn)生激光的晶體或玻璃被稱為激光工作物質(zhì)。激光工作物質(zhì)由基質(zhì)和激活離子兩部分組成，基質(zhì)材料為激活離子提供了一個(gè)合適的存在與工作環(huán)境，而由激活離子完成激光產(chǎn)生過程。常用的激活離子主要是過渡金屬離子，如鉻、鉆、鎳等離子以及稀土金屬離子，如釹離子等。
固體激光器主要由閃光燈、激光工作物質(zhì)(如紅寶石激光晶體)和反射腔鏡片組成，反射鏡表面鍍有介質(zhì)膜，一片為全反射鏡，另一片為部分反射鏡。摻鉻紅寶石是一種最早發(fā)現(xiàn)和使用的激光工作物質(zhì)。現(xiàn)在已研制成功了數(shù)十種可供應(yīng)用的激光晶體。當(dāng)采用不同的激活離子、不同的基質(zhì)材料和不同波長的光激勵(lì)，會發(fā)射出各種不同波長的激光。
早期的固體激光器都是用閃光燈或其他激光器，來完成激光工作物質(zhì)內(nèi)原子的受激輻射過程的，這基本上是由一種形式的光能轉(zhuǎn)化為激光能量的過程。如何把電能直接轉(zhuǎn)化為激光的能量，一直是人們夢寐以求的事情。
固體激光器的基本結(jié)構(gòu)固體激光器是工作物質(zhì)通過能量吸收后達(dá)到激發(fā)態(tài)，為了能夠使得粒子束反轉(zhuǎn)以及保持這種狀態(tài)提供體檢，進(jìn)而使得光放大然后輸出。
1、固體激光器的工作物質(zhì)
工作物質(zhì)是固體激光器
... 查看全文固體激光器是以摻雜的玻璃、晶體或透明陶瓷等固體材料為工作物質(zhì)的激光器。固體激光器由于功率能量較大而機(jī)械工作簡單等特點(diǎn)，現(xiàn)在在各行各業(yè)都有很好的應(yīng)用，并且朝著更加發(fā)展的方向邁進(jìn)。
什么是固體激光器固體激光器是以摻有少量激活離子的晶體、玻璃或陶瓷作為工作物質(zhì)的激光器。從1960年發(fā)明的世界上首臺固體激光器到現(xiàn)在的高功率的全固態(tài)激光器，固體激光技術(shù)的成長日新月異，百花齊放，為了與新環(huán)境下對應(yīng)用的要求同步，固體激光器就必須朝著實(shí)用、高效以及商品化的方向轉(zhuǎn)移，即朝著全固化、輸出激光的脈沖和波長及其短的方向發(fā)展，并且在當(dāng)前已經(jīng)得到了非常好的成績。
如今，雖然固體激光器已經(jīng)獲得了很多令人仰慕的成績，但是很多技術(shù)還是不夠成熟，可靠性還有待科研人員的進(jìn)一步加強(qiáng)。目前激光器市場前景最廣闊的發(fā)展方向是使器件的體積愈來愈小、器件的重量愈來愈輕、效率愈來愈高、光束質(zhì)量愈來愈好、可靠性愈來愈高、壽命愈來愈長、運(yùn)轉(zhuǎn)愈來愈敏捷的全固態(tài)激光器。
固體激光器的應(yīng)用擴(kuò)展到了各個(gè)領(lǐng)域，它的結(jié)構(gòu)、輸出功率、轉(zhuǎn)換效率以及光束質(zhì)量都取得了非常大的進(jìn)步，具有強(qiáng)大的生命力。隨著國家的相關(guān)政策對一些激光技術(shù)項(xiàng)目的大力支持，許多技術(shù)將從研究變?yōu)楫a(chǎn)業(yè)化，并最終運(yùn)用到日?；顒又小?/p>固體激光器的優(yōu)缺點(diǎn)
固體激光器的優(yōu)點(diǎn)：
1、固體激光器的能量輸出較大，而且峰值處的功率也較大。這主要是因?yàn)樗哪芗墭?gòu)造較特殊，所以能夠輸出能量和功率較大的激光。這個(gè)是它最突出的優(yōu)點(diǎn)。
2、固體激光器的物理機(jī)械強(qiáng)度較大，而且制造成本較低。同另外的種類的相對照，這類激光器的構(gòu)造更加簡便且超級經(jīng)用，而且它的生產(chǎn)成本還更加低。
3、所需要的材料種類繁多。固體激光器的工作物質(zhì)現(xiàn)在少說都有100多種，并且呈現(xiàn)出越來越猛烈的增長勢頭。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的特性優(yōu)異的原材料被發(fā)明，以至于固體激光器的機(jī)能朝著越來越好的方向邁進(jìn)。
固體激光器的
... 查看全文隨著固體激光器技術(shù)多年的成長積累，現(xiàn)在固體激光器的類型更是各種各樣都有，但是最經(jīng)常使用的主要還是泵浦源為紅寶石、摻釹釔鋁石榴石、二極管的固體激光器以及可調(diào)諧固體激光器等這幾類。
紅寶石激光器紅寶石激光器(Cr3+：Al2O3)是摻有少量Cr3+離子的藍(lán)寶石(Al2O3)，紅寶石激光器的工作物質(zhì)是紅寶石晶體(Cr3+：Al2O3)，其中Cr3+是發(fā)光的激活粒子，它屬于三能級系統(tǒng)，決定著輸出激光的光譜特性;而Al2O3是基質(zhì)晶體。
這類固體激光器具有如下的優(yōu)點(diǎn)：
①激光器機(jī)械硬度大、穩(wěn)定性較好，能夠接受功率密度較大的激光，而且生產(chǎn)的光的尺寸也較大;
②使用時(shí)間長，內(nèi)存大，能夠有大能量的激光發(fā)射;
③激光頻譜較大，能夠輕易的獲得高能量的單膜;
④它的性能穩(wěn)定、可以輸出波長為400~760nm的光。
當(dāng)然任何事物都有兩面性，這類固體激光器也難免會有缺點(diǎn)：首先它是三能級的構(gòu)造，因此它所需要構(gòu)建的閾值較大;其次紅寶石的特性目標(biāo)對于溫度非常的敏感;然后，對于它的激發(fā)頻率比較低，這就導(dǎo)致了它能夠長時(shí)間的工作;發(fā)散角輸出通常在三到十毫弧這個(gè)范圍內(nèi)，稍微偏大。
摻釹釔鋁石榴石激光器摻釹釔鋁石榴石激光器(Nd3+：YAG)是四能級系統(tǒng)的激光器，它的工作效率較高，使用時(shí)間長以及工作的閾值較低，輸出的波長較低，所以能夠長時(shí)間的進(jìn)行工作。它的結(jié)構(gòu)與前面那種固體激光器的構(gòu)造根本上是一致的。由于它的工作物質(zhì)和與其對應(yīng)的光泵不同，所以能夠?qū)崿F(xiàn)長時(shí)間的工作。
這類固體激光器的晶體是以YAG為基礎(chǔ)材質(zhì)，混入適當(dāng)?shù)腘d3+共同組成了晶體結(jié)構(gòu)。這種晶體有許多優(yōu)良特性，例如：熱的傳導(dǎo)效率較快，這樣就對激光器的連續(xù)工作創(chuàng)造了非常好的基礎(chǔ);三價(jià)稀土離子的釔鋁石榴石晶體具有1970℃的熔點(diǎn)，能夠承受較大的輻射;它的熒光寬度僅為6.5cm，所以它的工作閾值較小;熒光量子的工作效率可近似接近于1，成為了現(xiàn)
... 查看全文固體激光器在軍事、加工、醫(yī)療和科學(xué)研究領(lǐng)域有廣泛的用途。固體激光器常用于測距、跟蹤、制導(dǎo)、打孔、切割和焊接、半導(dǎo)體材料退火、電子器件微加工、大氣檢測、光譜研究、外科和眼科手術(shù)、等離子體診斷、脈沖全息照相以及激光核聚變等方面。
固體激光器在工業(yè)加工中的應(yīng)用1、激光切割
激光切割是利用光在聚集以后產(chǎn)生非常強(qiáng)的能量，然后實(shí)現(xiàn)切割的功能。在物體加工的過程中，由于固體激光器能夠大大的降低工人的勞動強(qiáng)度和成本，而且還可以保證加工物件的質(zhì)量，所以得到了人們的普遍運(yùn)用。
2、激光焊接
這類技術(shù)是固體激光器用于物體加工過程中使用最頻繁的一種方法。整個(gè)過程是熱傳導(dǎo)型，即通過激光器產(chǎn)生的高熱量激光對物體的表面進(jìn)行加熱，然后經(jīng)過傳導(dǎo)作用，最終使加工的物件達(dá)到我們想要的結(jié)果。
正是因?yàn)楣腆w激光器的長處比較獨(dú)特，現(xiàn)在已經(jīng)被頻繁的運(yùn)用在小型的焊接工作中了。與其它的焊接相比，它具有明顯的焊接效率高、質(zhì)量好以及能在常溫條件下焊接的優(yōu)點(diǎn)，而且設(shè)備構(gòu)造也較簡單。
3、激光鉆孔
隨著人們對電子產(chǎn)品向小型化的需求發(fā)展，就要求電子線路向集成化的方向邁進(jìn)，然而這種技術(shù)需要在線路板上安裝越來越多的微型過孔以及盲孔。而傳統(tǒng)的手工加工方式肯定達(dá)不到想要的精度，而隨之固體激光器鉆孔技術(shù)的發(fā)展，很好的解決了這個(gè)問題，具有很好的應(yīng)用前景。
固體激光器在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用固體激光器如今在軍工方面的應(yīng)用也表現(xiàn)出了愈發(fā)強(qiáng)大的發(fā)展空間，它在軍工方面的運(yùn)用發(fā)展歷程中算是激光器中的后來居上。直到1990年，有專家研發(fā)了大功率的LD激光器，這才使得激光器在軍事方面大顯身手。
由于固體激光器的輸出的波長較小，這就很好的在空氣中傳輸，進(jìn)而可以達(dá)到長距離作戰(zhàn)的使用要求，并且它的體積相對而言還較小，運(yùn)用起來格外的便利，工作效率較高，對于后期的維護(hù)保障相當(dāng)容易，可以在各種平臺上操作。在具體的使用方面，固體激光器在常規(guī)武器中比較受青睞，比
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