红宝石激光器

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1、激光的诞生1960年5月15 0,美国 加利福尼亚州休斯实验 室的科学家梅曼设计和 建造了一台小型的激光 发生器。他将闪光灯线 圈缠绕在指尖大小的红 宝石棒上，从而产生一 条相当集中的纤细红色 光柱，当它射向某一点 时，可使这一点达到比 太阳还高的温度，激光 时代由此开启，从此和 人们的生活息息相关。激光器的组成工作物质 常用激光器由三部分组成：J泵浦源、光学谐振腔M1谐振腔 M激光器结构示意图红宝石激光器的工作物质工作元件是一根淡红色的红宝石棒(AL2O3晶 体)，其中0.05%的辂离子(Gr3+) o这些 辂离作为激活离均匀地分布在基质(即AL2O3 晶体)中，浓度大约为1.62X10的1

2、9次方cm 3,它们替代了晶格中一部分铝离子(AL3+) 的位置，红宝石激光器有关有能级和光谱性质 都来源于Gr3+。红宝石激光器（三能级系统）OQQ Q Q O E1iQ Q E1在Xe （氤）灯照射下，红宝石晶体中原来处于基态E1的粒 子，吸收了Xe灯发射的光子而被激发到E3能级。粒子在 E3能级的平均寿命很短（约109秒）。大部分粒子通过无 辐射跃迁到达激光上能级E2。粒子在E2能级的寿命很长， 可达3X10-3秒。所以在E2能级上积累起大量粒子，形成 E2和E1之间的粒子数反转，此时晶体对频率v满足hV= E2E1的应分就被企大。红宝石激光器A红宝石激光器属 于三能级系统，相 应于右图

3、的简化能 级模型。207奏0 一 xsrs4 F2愆8R2)=2 *2E29cnrl号/ /2rJ=2 IR” /K|/ /激光跃迁红宝石激光器翕闪光灯红宝石激光器的工作过程红宝石棒两个端面精磨抛光，平行度在* （弧分） 以内，其中一个端面镀银，成为全反射面，另一 个端面平镀银，成为透射率10%的部分反射面。激励能源是光源螺旋形脉冲氤灯（现经常采 用直管氤灯）仁氤灯在绿色和蓝色的光谱段有较 强有光输也，这正好同纟t宝右的吸妆光谱对应起 来。由氤闪光灯发岀的光照射到红宝石的侧面， 外有聚光器加强照射效果，闪光灯通帘一次工作 几毫秒，输入能量1000-2000J，闪光灯的大部分 输入能量耗散为热，

4、只有一部分变成光能为红宝 石所吸收，并转移到其中Cr3+的相应能级上。当 由氤灯输入的能量超过澈光器的阈值时，则每激 励一次，就有一束相干光从红宝石的半镀银面射 出，其波长为6943 A （红光），谱线宽度小于 0.1 A.红宝石激光器特点大多数为脉冲激光器，脉冲频率为1.2赫兹或单个 脉冲，产生的激光脉冲是一系列的尖峰，宽度约 为几个微米。输出694.3nm波长的可见激光。光谱线宽 0.01-0.1nm,光斑直径为36mm。易于接收和 检测。三能级结构，产生激光所要求的阈值激励功率较 高。晶体升温时（大于50C）时，荧光量子效率显著下 降，谱线宽度增大，使激光输出水平下降甚至停 振，故一般应

5、米取冷却措施。红宝石激光器优点-荧光谱线较宽，易获得大能量单模输出; -低温性能优良;输出可见光。从应用观点看，红宝石激光器输出可见光极具吸引 力，一、是因为光电探测器件的响应波长大多位于可见 光区，而大多数稀土元素四能级系统固体激光器工 作波长则位于近红外区域二、是对于全息照相等应用，需要使用可见光作为光红宝石激光器缺点能级结构属三能级系统,器件阈值高;豔黠随温度变化明显，室温下不适于做连续高III激发效率较低，不适合连续工作输出发散角较大，一般约为310mrad 中国第一台激光器-“小球照明红宝石”激光器在当 时激发方式上，比国外激光器具有更好的激发效率红宝石激光器的应用红宝石激光器的应用

6、眼科：用于视网膜的焊接，治疗青光眼，虹膜的切除等;激光的首次在医学上的成功应用是进行眼 内手术，无需要切开 眼球。早在1962年,一台红宝石激光器将病人脱落的视网膜与眼球重新连接，使他 恢复了视力。红宝石激光器的军事应用皮肤科：用于照射治疗；红宝石激光器是1960年世界上制成的第一台激光 器，也是最早应用于医疗上的激光器。红宝石激光器波长为694.3nm的可见红光，这种 波长的激光最不易被氧合血红蛋白吸收，而黑色 素对其吸收率较高，尤其适用于各种色素性疾病。临床常用其长脉冲模式，深入皮肤真皮层，破坏 毛龜 耒久桂去嗪鸟祎多亲毛发；调Q模式，使黑色素细胞大量吸热，并在超脉冲 波的作用下破裂分解，可有效治疗蓝、黑和绿色 文身及各种良性色素性病变。早期在军事上用于测距和照明，1961年称为柯利 达I型的世界上第一台红宝石激光测距机在美国诞 生后，1962年第一台军用激光测距机便成功地进 行了示范表演。自90年代初起，调谐的激光器进 入使用阶段，13pni波段的对人眼安全的激光 器，取代了对目视危险的红宝石和放激光系统；轟勰黑翘蠶鬻蠶朋置善固定用红宝石脉 冲激光器拍 摄的刚岀壳 的小鸡的反 射全息图， 可以白光再 现。