激光棒 Laser rods

2022-11-11 09:11:54 浏览:223

定义

激光晶体(或玻璃)呈(通常是圆柱形)棒状。

激光晶体用于各种几何形状。 常见的形状之一是杆的形状。 最常见的是,这意味着晶体的长度大大长于直径 - 通常为几厘米甚至几十厘米 - 并且横截面是圆柱形的。 灯泵浦激光器需要如此长的激光棒;它们的长度与使用的弧光灯或闪光灯相似。 二极管泵浦激光器使用更短的棒(通常长度只有几毫米)。

包含一个或多个激光棒的激光器称为棒状激光器。

有关更多详细信息,请参阅有关激光晶体的文章。

激光棒的特点

尺寸

杆尺寸在不同的应用之间可能会有很大差异,但通常应该以良好的精度满足,否则可能会导致精确安装的问题。

通常,相关参数仅是长度和直径(对于垂直于轴的平坦端面的圆柱形杆)。 此外,可以具有具有指定倾斜角度的略微倾斜的外表面,并且理想情况下在晶体上指示方向。 有些杆有一个或两个略微弯曲的端面,但平端更常见。

材料

大多数激光棒由晶体主体介质(例如YAG=钇铝石榴石)组成,该介质掺杂了一些激光活性稀土离子,例如 Nd3+ (钕),Yb3+(镱)或 Er3+  (铒)。 然而,也有过渡金属掺杂棒,例如Ti3+掺杂。 此外,主体介质有时不是单晶,而是具有细晶结构(→陶瓷激光增益介质)或玻璃的多晶。

对于长杆,材料的选择比短杆更受限制。 例如,很难做大 YVO (钒酸盐)晶体,因此通常只有相当小的尺寸。 此外,可以制造长钛:蓝宝石棒,但并不常见,因为很难用这种格式应用所需的高泵送强度。

一个重要的参数是掺杂浓度,即激光活性离子的浓度。 较高的掺杂可以提高泵的吸收效率和/或允许使用更短或更细的棒,但也可能有利于寄生过程,例如降低功率转换效率的能量传输。

不幸的是,掺杂浓度的规格并不总是精确满足。 (它们可以用吸收光谱法检查。 另一个潜在的问题是掺杂可能不是完全均匀的(特别是对于具有高掺杂浓度的棒)。 这不仅会导致激光增益的变化,还会导致折射率的变化,从而导致光束失真。 通常需要高光学均匀性,特别是当需要高激光束质量时。

尽管在大多数情况下使用名义上均匀的掺杂,但存在有意引入掺杂梯度的激光棒,以及通过粘合不同材料获得的复合激光晶体,例如掺杂钕和未掺杂的YAG。

虽然通常只使用一种类型的激光活性离子而不使用其他光学相关的掺杂剂,但也存在共掺杂棒,通常用于利用一些有用的能量转移过程。 一些例子:

  • Cr:Nd:YAG陶瓷棒用于太阳能泵浦激光器。
  • 铬-铥-钬掺杂YAG (CTH:YAG)棒用于2.1μm钬激光器。

激光活性掺杂剂通常吸收某些波长范围内的可见光,这会导致颜色外观,至少对于大(厚)棒材是可见的。 例如,掺钕棒呈粉红色,掺铒棒可以具有相似的颜色。

表面光洁度和涂层

两个端面通常需要高质量的表面光洁度(具有精确的定向、高平整度、良好的划痕/凹痕规格),激光束通常通过这两个端面发送。 外表面(地幔)的光学质量通常不那么重要,尽管它通常用于泵浦光的进入(对于侧泵浦激光器)。 该表面也用于冷却。

端面通常配备相关激光波长的增透膜,以最大限度地减少功率损耗和干扰效应。 在某些情况下,反射涂层应用于激光棒。

界面抛光和涂层的质量会对激光诱导损伤的阈值强度(或能量)产生重大影响。 该损伤阈值与脉冲激光器有关,特别是那些具有高峰值功率的激光器。

激光器

作          者: 泮桥成像光电商城

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