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激光器的基本组成及发展

2021.8.31

　　1、激光器的基本组成

　　激光器虽然多种多样，但都是通过激励和受激辐射产生激光，因此激光器的基本组成是固定的，通过由工作物质（即被激励后能产生粒子数反转的工作介质）、激励源（能使工作物质发生粒子数反转的能源，又叫泵浦源）、光学谐振腔三部分组成。

　　① 激光工作物质。激光的产生必须选择合适的工作物质，可以是气体、液体、固体或者半导体。在这种介质中可以实现粒子数反转，以制造获得激光的必要条件。显然亚稳态能级的存在，对实现粒子数反转是非常有利的。现有的工作物质近千种，可产生的激光波长覆盖真空紫外波段到远红外波段，非常广泛。

　　② 激励源。为使工作物质中出现粒子数反转，必须采用一定的方法去激励粒子体系，使处于高能级的粒子数量增加。可以采用气体放电的方法，利用具有动能的电子去激发工作物质，称为电激励；也可用脉冲光源照射工作物质产生激励，称为光激励；还有热激励、化学激励等。各种激励方式被形象地称为泵浦或抽运。为了不断得到激光输出，必须不断地“泵浦”以维持处于激发态的粒子数。

　　③ 光学谐振腔。有了合适的工作物质和激励源后，可以实现粒子数反转，但这样产生的受激辐射强度很低，无法应用。于是人们想到可采用光学谐振腔对受激辐射进行“放大”。光学谐振腔是由具有一定几何形状和光学反射特性的两块反射镜按特定的方式组合而成。它的主要作用如下。

　　a. 提供光学反馈能力，使受激辐射光子在腔内多次往返以形成相干的持续振荡。

　　b. 对腔内往返振荡光束的方向和频率进行限制，以保证输出激光具有一定的定向性和单色性。

　　2、激光器的发展

　　激光器是现代激光加工系统中必不可少的核心组件之一。随着激光加工技术的发展，激光器也在不断向前发展，出现了许多新型激光器。

　　早期激光加工用激光器主要是大功率CO2气体激光器和灯泵浦固体YAG激光器。从激光加工技术的发展历史来看，首先出现的激光器是在20世纪70年代中期的封离型CO2激光器,发展至今，已经出现了第五代CO2激光器一一扩散冷却型CO2激光器。

　　早期的CO2激光器趋向激光功率提高的方向发展，但当激光功率达到一定要求后，激光器的光束质量受到重视，激光器的发展随之转移到提高光束质量上。最近出现的接近衍射极限的扩散冷却板条式CO2激光器具有较好的光束质量，一经推出就得到了广泛的应用，尤其是在激光切割领域，受到众多企业的青睐。

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