物理答案激光課件5

1、5.5 其他激光器5.5.1 準(zhǔn)分子激光器準(zhǔn)分子：常態(tài)下為原子，在激發(fā)態(tài)下能夠暫時結(jié)合成不穩(wěn)定分子工作物質(zhì)：準(zhǔn)分子氣體工作參數(shù)：脈沖輸出能量：百焦耳量級； 脈沖峰值功率：千瓦以上 重復(fù)率：200次/秒； 光束發(fā)散角：0.15mrad1.準(zhǔn)分子激光器的特點 （1）能級結(jié)構(gòu)有明顯的特點。 A：較高激發(fā)態(tài)B：激光上能級 束縛態(tài)，比較穩(wěn)定C：表示基態(tài)，激光下能級。 排斥態(tài)或弱束縛態(tài)，不穩(wěn)定，沿著位能曲線C極快地向核間距R增大的方向移動，直至最終解離成獨立的原子，基態(tài)分子也就消失。因此在核間距R0處很容易形成B,C間的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)圖(5-33) 準(zhǔn)分子的能級結(jié)構(gòu) 壽命：10-13s 壽命：10-8s圖(5

2、-33) 準(zhǔn)分子的能級結(jié)構(gòu)準(zhǔn)分子：激發(fā)態(tài)基態(tài) 束縛態(tài)自由態(tài)下能級近似為空，不存在低能級被充滿而終止反轉(zhuǎn)。準(zhǔn)分子躍遷：不是“自終止”型。只要有一定數(shù)量準(zhǔn)分子存在，反轉(zhuǎn)就存在，所以容易積累相當(dāng)數(shù)量的粒子數(shù)，并有可能獲得較大粒子反轉(zhuǎn)數(shù)和較高能量。(2). 由于基態(tài)壽命很短，即使是超短脈沖情況下，基態(tài)也可認為是空的，因此準(zhǔn)分子體系對產(chǎn)生巨脈沖特別有利。 (3).激光下能級是基態(tài)，基本上沒有無輻射損耗。因此量子效率很高，這是準(zhǔn)分子激光器可能達到高效率的主要原因。 (4).由于激光下能級的離子迅速離解，因而拉長脈寬和高重復(fù)率工作都沒有困難。 (5).由于準(zhǔn)分子的熒光光譜為一連續(xù)帶，故可做成頻率可調(diào)諧器件。

3、 2.準(zhǔn)分子激光器的泵浦方式 （1）電子束泵浦 用電子槍產(chǎn)生高能量、快上升時間的電子束脈沖，將電子束射向準(zhǔn)分子區(qū)，對激活介質(zhì)進行激發(fā)。三種形式： 橫向泵浦：其電子束進行方式與激光光軸方向垂直。 特點：結(jié)構(gòu)簡單、體積小，但是電子束能量利用率低。 縱向泵浦： 其電子束方向與激光光軸平行。 特點：能量利用率得到改善，但需要增加用來對電子束導(dǎo)向的龐大聚束 磁場。 同軸電子束泵浦：組成電子槍的陰極和陽極做成兩個不同直徑的圓筒，陰極外筒均 勻地向內(nèi)筒陽極發(fā)射電子并穿過陽極薄箔向中心會聚。陽極筒內(nèi) 充滿激活介質(zhì)，光軸與陽極筒、陰極筒同軸。 特點：有效利用電子束能量。產(chǎn)生泵浦脈沖上升時間快，單脈沖 能量大，可

4、大面積泵浦。但是，要求龐大的電子束源，結(jié) 構(gòu)復(fù)雜，造價高，制造難度大。（2）快速放電泵浦快速放電泵浦方式多采用所謂布魯姆萊(Blumlein)電路。 優(yōu)點：體積小、結(jié)構(gòu)簡單、可高重復(fù)頻率工作 5.5.2 自由電子激光器自由電子激光器：把相對論電子束的動能轉(zhuǎn)變成相干輻射能的裝置工作物質(zhì)：自由電子束。 和普通激光器的根本區(qū)別：輻射不是基于原子、分子或離子的束縛電子能級間 的躍遷。 特點：（1）輸出的激光波長可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)諧。 已實現(xiàn)協(xié)調(diào)范圍:100nm1mm。 （2）工作物質(zhì)為電子束本身，因此不會出現(xiàn)自聚焦、自擊穿等非線性 光學(xué)損傷現(xiàn)象。 （3）具有極高的能量轉(zhuǎn)換效率，理論上可高達50%

5、。理論：自由電子手機輻射原理 （1）1951年由莫茨提出。 （2）1974年首次在毫米波段實現(xiàn)受激輻射。 （3）1976年在紅外波段實現(xiàn)受激輻射之后，大大推動了對自由電子手 機輻射的進一步研究。5.5.3 化學(xué)激光器化學(xué)激光器：基于化學(xué)反應(yīng)來建立粒子數(shù)反轉(zhuǎn)而產(chǎn)生受激輻射的一類激光器工作物質(zhì)：氣體或液體，目前大多數(shù)為氣體。 和普通激光器的根本區(qū)別：輻射不是基于原子、分子或離子的束縛電子能級間 的躍遷。 特點：（1）將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成激光。 原則上不需要外加電源或光源作為激發(fā)源，利用工作物質(zhì)本身化 學(xué)反應(yīng)中釋放出來的能量作為激發(fā)能。 （2）輸出的激光波長豐富。 工作物質(zhì)：原來參加化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)成分，