激光器的原理组成及应用
发布时间：2019-05-21
激光器是一种能发射激光的装置，按工作介质分，激光器可分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器4大类，近来还发展了自由电子激光器，大功率激光器通常都是脉冲式输出。
激光器的工作原理
除自由电子激光器外，各种激光器的基本工作原理均相同。产生激光的必不可少的条件是粒子数反转和增益大于损耗，所以装置中必不可少的组成部分有激励（或抽运）源、具有亚稳态能级的工作介质两个部分。激励是工作介质吸收外来能量后激发到激发态，为实现并维持粒子数反转创造条件。激励方式有光学激励、电激励、化学激励和核能激励等。
工作介质具有亚稳能级是使受激辐射占主导地位，从而实现光放大。激光器中常见的组成部分还有谐振腔，但谐振腔（ 见光学谐振腔）并非必不可少的组成部分，谐振腔可使腔内的光子有一致的频率、相位和运行方向，从而使激光具有良好的方向性和相干性。而且，它可以很好地缩短工作物质的长度，还能通过改变谐振腔长度来调节所产生激光的模式（即选模），所以一般激光器都具有谐振腔。
激光器一般由三个部分组成
1、工作物质：激光器的核心，只有能实现能级跃迁的物质才能作为激光器的工作物质。
2、激励能源：它的作用是给工作物质以能量，将原子由低能级激发到高能级的外界能量。通常可以有光能源、热能源、电能源、化学能源等。
3、光学共振腔：作用一是使工作物质的受激辐射连续进行；二是不断给光子加速；三是限制激光输出的方向。最简单的光学共振腔是由放置在氦氖激光器两端的两个相互平行的反射镜组成。当一些氖原子在实现了粒子数反转的两能级间发生跃迁，辐射出平行于激光器方向的光子时，这些光子将在两反射镜之间来回反射，于是就不断地引起受激辐射，很快地就产生出相当强的激光。
激光器发出的光质量纯净、光谱稳定可以在很多方面被应用
红宝石激光：最初的激光器是红宝石被明亮的闪光灯泡所激励，所产生的激光是“脉冲激光”，而非连续稳定的光束。这种激光器产生的光速质量和我们现在使用的激光二极管产生的激光有本质的区别。这种仅仅持续几纳秒的强光发射非常适合捕捉容易移动的物体，例如拍摄全息的人物肖像画，第一副激光肖像在1967年诞生。红宝石激光器需要昂贵的红宝石而且只能产生短暂的脉冲光。
氦氖激光器：1960年科学家Ali Javan、William R.Brennet Jr.和Donald Herriot 设计了氦氖激光器。这是第一台气体激光器，这种激光器是全息摄影师常用的装备。两个优点：1、产生连续激光输出；2、不需要闪光灯泡进行光激励，而用电激励气体。
激光二极管：激光二极管是当前最为常用的激光器之一，在二极管的PN结两侧电子与空穴的自发复合而发光的现象称为自发辐射。当自发辐射所产生的光子通过半导体时，一旦经过已发射的电子—空穴对附近，就能激励二者复合，产生新光子，这种光子诱使已激发的载流子复合而发出新光子现象称为受激辐射。
如果注入电流足够大，则会形成和热平衡状态相反的载流子分布，即粒子数反转。当有源层内的载流子在大量反转情况下，少量自发辐射产生的光子由于谐振腔两端面往复反射而产生感应辐射，造成选频谐振正反馈，或者说对某一频率具有增益。当增益大于吸收损耗时，就可从PN结发出具有良好谱线的相干光——激光。激光二极管的发明让激光应用可以迅速普及，各类信息扫描、光纤通信、激光测距、激光雷达、激光唱片、激光指示器、超市的收款等等，各类应用正在不断被开发和普及。
