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常见的激光类型有哪几种

时间:2023-01-11 17:03:08 作者:博纳德 点击:

  激光器通常根据用于光放大的增益介质进行分类,常见的增益介质类型有气体、半导体(二极管)和固态。下面一起来看看常见的激光类型有哪几种?

  一、气体激光器

  例如氦氖 (HeNe),由于其高光束质量和长相干长度,通常用于计量应用。其它类型的气体激光器,例如二氧化碳 (CO2) 激光器,经常用于材料加工,因为它们可以达到极高的平均功率。

  二、二极管激光器

  包含一个半导体 pn 结作为增益介质。它们往往具有最高的功率成本比,并受益于高功率转换效率、高量子效率和广泛的可用波长。二极管激光器用于许多应用,包括电信、材料加工、条形码扫描、医疗激光器和 LIDAR 系统。

  三、固态激光器

  利用掺杂有过渡金属或稀土离子的晶体或玻璃材料。它们通常用于高功率应用,例如材料加工和医疗激光,因为它们可以达到所有商用激光器中的一些最高峰值功率。然而,固态增益介质更难冷却,这限制了重复率和平均功率。

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  固态激光器的两种特殊情况是量子级联激光器 (QCL)和带间级联激光器 (ICL)。QCL 是可调谐半导体中红外激光器,通过薄半导体层或“阱”的交替层中的子带间跃迁工作。子带间跃迁是导带内量化能态之间的激发(图 1)。由于孔的尺寸极小,量子效应起主导作用,发射波长随孔厚度而变化。通过量子效应和级联效应的结合,QCL 可以在长波长下产生高功率。大多数市售 QCL 的波长往往在 4-11μm 左右,但市售 QCL 的极端波长范围为 2.63-150μm。

  ICL 类似于 QCL,因为它们使用分层半导体结构和量子阱进行中红外激光发射,但光子是通过带间跃迁而不是子带内跃迁产生的(图 1)。它们能够以比 QCL 更低的输入功率运行。

  四、光纤激光器

  一种特殊类型的固态激光器,它使用掺杂稀土离子的光纤作为增益介质。它们是在高精度加工和医疗应用中创建非常精细特征的最佳选择,因为它们在具有高光束质量的单光学模式中包含高平均功率。

  五、薄盘激光器

  另一种特殊类型的固态激光器,其中增益介质是非常薄的固体材料圆盘。它们是光纤激光器和其他固态激光器之间的平衡,因为它们实现了高峰值功率和增益,同时利用使其更容易冷却的几何形状,提高了它们的重复率和平均功率。然而,它们需要复杂的系统设计,因此比其它激光器类型成本更高。