固体激光器的工作原理

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固体激光器的工作原理

固体激光器是基于受激发射放大的原理工作的。它使用固态材料作为增益介质，这种材料通常是由一种基质晶体（如蓝宝石、钇铝石榴石YAG等）掺杂了激活离子（例如钕Nd、铒Er、钛Ti等）构成的。

首先需要提供能量给固体激光器的增益介质。这通常是通过光学泵浦完成的，即使用高强度的光（如闪光灯或二极管激光器发出的光）照射到固体介质上。泵浦光的能量被激活离子吸收，使它们从基态跃迁到一个较高的能量状态。

当激活离子被激发后，它们会处于一个不稳定的激发态。为了产生激光，需要有足够多的激活离子处于高能级，形成所谓的“粒子数反转”，即高能级上的粒子数目超过了低能级上的粒子数目。

在粒子数反转状态下，一些激活离子会自发地从高能级跃迁回低能级，并发射出一个光子。这个光子可以进一步刺激其他同样处于高能级的激活离子，促使它们也发生跃迁并发射出具有相同频率、相位和方向的光子，这一过程称为受激发射。

固体激光器中包含两个平行的反射镜构成的谐振腔，其中一个为全反射镜，另一个为部分透射镜。受激发射产生的光子会在谐振腔内来回反射，继续引发更多的受激发射事件，从而放大光信号。最终，一部分放大后的光束将透过部分透射镜输出，形成激光输出。

经过多次反射和放大，激光束通过部分透射镜离开激光器，此时的光束具有单色性好、相干性强、方向性佳等特点。

固体激光器波长

固体激光器的波长取决于所使用的增益介质和激活离子。不同的激活离子在特定的固态基质中可以发射不同波长的光，这使得固体激光器能够在从紫外到红外的广泛范围内产生激光。

常见的激活离子及其对应的典型激光波长介绍：

钕（Nd）：当掺杂在钇铝石榴石（YAG）中时，通常产生1064纳米（nm）的近红外激光；也可以通过频率转换技术获得532 nm（绿色）、355 nm（紫外线）或266 nm（深紫外线）等波长。

钛蓝宝石（Ti:sapphire）：这种材料可以调谐输出从约650 nm到1100 nm之间的可见光和近红外光。

铒（Er）：例如掺铒的钇硅酸盐（Er:YSGG），可发射约2.94微米（μm）的红外激光，此波长非常适合用于水吸收较高的医疗应用。

镱（Yb）：掺镱材料如镱掺杂的钇铝石榴石（Yb:YAG）或者镱掺杂的光纤，通常发射1030 nm左右的激光。

铬（Cr）：例如铬掺杂的锂锶铝氟化物（Cr:LiSAF），它可以发射约860 nm的激光。

固体激光器的波长还可以通过非线性光学过程进一步改变，比如二次谐波生成（SHG）、三次谐波生成（THG）等，这些过程可以将原始波长减半或三分之一，从而实现更短波长的激光输出。

此外，锁模技术和调Q技术等先进的泵浦方法可以使固体激光器产生超短脉冲，并且通过调节腔内组件还可以实现波长的精细调谐。

固体激光器检测机构

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固体激光器性能检测又包括了下面这些检测项目：

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