[拼音]：guti jiguangqi

[外文]：solid-state laser

用固體激光材料作為工作物質(zhì)的激光器（見激光）。1960年，T.H.梅曼發(fā)明的紅寶石激光器就是固體激光器，也是世界上第一臺激光器。固體激光器一般由激光工作物質(zhì)、激勵源、聚光腔、諧振腔反射鏡和電源等部分構(gòu)成（見圖）。

工作物質(zhì)

固體激光器的工作物質(zhì)，由光學(xué)透明的晶體或玻璃作為基質(zhì)材料，摻以激活離子或其他激活物質(zhì)構(gòu)成。這種工作物質(zhì)一般應(yīng)具有良好的物理－化學(xué)性質(zhì)、窄的熒光譜線、強而寬的吸收帶和高的熒光量子效率。

玻璃激光工作物質(zhì)容易制成均勻的大尺寸材料，可用于高能量或高峰值功率激光器。但其熒光譜線較寬，熱性能較差，不適于高平均功率下工作。常見的釹玻璃有硅酸鹽、磷酸鹽和氟磷酸鹽玻璃。80年代初期，研制成功折射率溫度系數(shù)為負(fù)值的釹玻璃，可用于高重復(fù)頻率的中、小能量激光器。

晶體激光工作物質(zhì)一般具有良好的熱性能和機械性能，窄的熒光譜線，但獲得優(yōu)質(zhì)大尺寸材料的晶體生長技術(shù)復(fù)雜。60年代以來已有 300種以上摻入各種稀土金屬或過渡金屬離子氧化物和氟化物晶體實現(xiàn)了激光振蕩。常用的激光晶體有紅寶石(Cr:Al₂O₃，波長6943埃)、摻釹釔鋁石榴石（Nd:Y₃Al₅O₁₂，簡稱Nd:YAG，波長1.064微米）、氟化釔鋰(LiYF₄，簡稱YLF;Nd:YLF，波長1.047或1.053微米;Ho:Er:Tm:YLF，波長2.06微米)等。

1973年以來又有一類自激活激光晶體。它的激活離子是晶體的一個化學(xué)組分，因而激活離子濃度高，不致產(chǎn)生熒光猝滅。這種晶體的激光增益高，抽遠閾值低。主要品種有五磷酸釹(NdP₅O₁₄)、四磷酸鋰釹(NdLiP₄O₁₂)和硼酸鋁釹[NdAl₃(BO₄)₃]等。它們多用熔鹽法生長，晶體尺寸小，可用于小型固體激光器。

已研制成的還有多種具有寬帶熒光特性的可調(diào)諧激光晶體，如終端聲子躍遷的金綠寶石（Cr:BeAl₂O₄，波長0.701～0.815微米，室溫工作）、摻鎳氟化鎂（Ni:MgF₂，波長1.6～1.8微米，低溫工作）、5d→4f 躍遷的摻鈰氟化釔鋰（Ce:YLF，波長0.306～0.315微米，用準(zhǔn)分子激光器激勵，室溫工作）和堿鹵化物的色心激光晶體（不摻雜或摻雜的氯化鉀、氟化鋰等，波長0.8～3.9微米，大多在低溫下工作）。

激勵源

固體激光器以光為激勵源。常用的脈沖激勵源有充氙閃光燈；連續(xù)激勵源有氪弧燈、碘鎢燈、鉀銣燈等。在小型長壽命激光器中，可用半導(dǎo)體發(fā)光二極管或太陽光作激勵源。一些新的固體激光器也有采用激光激勵的。

固體激光器由于光源的發(fā)射光譜中只有一部分為工作物質(zhì)所吸收，加上其他損耗，因而能量轉(zhuǎn)換效率不高，一般在千分之幾到百分之幾之間。

特性

固體激光器可作大能量和高功率相干光源。紅寶石脈沖激光器的輸出能量可達千焦耳級。經(jīng)調(diào) Q和多級放大的釹玻璃激光系統(tǒng)的最高脈沖功率達10¹³瓦。釔鋁石榴石連續(xù)激光器的輸出功率達百瓦級，多級串接可達千瓦。

固體激光器運用Q開關(guān)技術(shù)（見光調(diào)制），可以得到納秒至百納秒級的短脈沖，采用鎖模技術(shù)可得到皮秒至百皮秒量級的超短脈沖。

由于工作物質(zhì)的光學(xué)不均勻性等原因，一般固體激光器的輸出為多模。若選用光學(xué)均勻性好的工作物質(zhì)和采取精心設(shè)計諧振腔等技術(shù)措施，可得到光束發(fā)散角接近衍射極限的基橫模(TEM₀₀)激光，還可獲得單縱模激光。

應(yīng)用和趨勢

固體激光器在軍事、加工、醫(yī)療和科學(xué)研究領(lǐng)域有廣泛的用途。它常用于測距、跟蹤、制導(dǎo)、打孔、切割和焊接、半導(dǎo)體材料退火、電子器件微加工、大氣檢測、光譜研究、外科和眼科手術(shù)、等離子體診斷、脈沖全息照相以及激光核聚變等方面。固體激光器還用作可調(diào)諧染料激光器的激勵源。

固體激光器的發(fā)展趨勢是材料和器件的多樣化，包括尋求新波長和工作波長可調(diào)諧的新工作物質(zhì)，提高激光器的轉(zhuǎn)換效率，增大輸出功率，改善光束質(zhì)量，壓縮脈沖寬度，提高可靠性和延長工作壽命等。

參考書目

1. W.克希奈爾著，華光譯：《固體激光工程》，科學(xué)出版社，北京，1983。(W.K╂chner， Solid-State　Laser Engineering，Springer-Verlag， New York，1976.)

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標(biāo)簽：固體激光器

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文章名稱：《固體激光器》

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