基本介紹
- 中文名：調製雷射器
- 外文名：ModulatedLaserModule
- 領域：光學儀器
- 功能：發射可調雷射
- 分類：頻率可調雷射器、功率可調雷射器
- 套用：通信、測距等
雷射器發展歷史,原理,雷射工作物質,激勵抽運系統,光學共振腔,分類,主要用途,
雷射器發展歷史
雷射器——能發射雷射的裝置。1954年製成了第一台微波量子放大器，獲得了高度相干的微波束。1958年A.L.肖洛和C.H.湯斯把微波量子放大器原理推廣套用到光頻範圍，1960年T.H.梅曼等人製成了第一台紅寶石雷射器。1961年A.賈文等人製成了氦氖雷射器。1962年R.N.霍耳等人創製了砷化鎵半導體雷射器。以後，雷射器的種類就越來越多。按工作介質分，雷射器可分為氣體雷射器、固體雷射器、半導體雷射器和染料雷射器4大類。近來還發展了自由電子雷射器，大功率雷射器通常都是脈衝式輸出。
1953年，美國物理學家查爾斯·哈德·湯斯和他的學生阿瑟·肖洛製成了第一台微波量子放大器，獲得了高度相干的微波束。
1958年，C.H.湯斯和A.L.肖洛把微波量子放大器原理推廣套用到光頻範圍。
1960年，T.H.西奧多·梅曼製成了第一台紅寶石雷射器。
1961年，伊朗科學家A.賈文等人製成了氦氖雷射器。
1962年，R.N.霍耳等人創製了砷化鎵半導體雷射器。
2013年，南非科學與工業研究委員會國家雷射中心研究人員開發出世界首個數字雷射器，開闢了雷射套用的新前景。研究成果發表在2013年8月2日英國《自然通訊》雜誌上。
原理
除自由電子雷射器外，各種雷射器的基本工作原理均相同。產生雷射的必不可少的條件是粒子數反轉和增益大於損耗，所以裝置中必不可少的組成部分有激勵（或抽運）源、具有亞穩態能級的工作介質兩個部分。激勵是工作介質吸收外來能量後激發到激發態，為實現並維持粒子數反轉創造條件。激勵方式有光學激勵、電激勵、化學激勵和核能激勵等。工作介質具有亞穩能級是使受激輻射占主導地位，從而實現光放大。雷射器中常見的組成部分還有諧振腔，但諧振腔（ 見光學諧振腔）並非必不可少的組成部分，諧振腔可使腔內的光子有一致的頻率、相位和運行方向，從而使雷射具有良好的方向性和相干性。而且，它可以很好地縮短工作物質的長度，還能通過改變諧振腔長度來調節所產生雷射的模式（即選模），所以一般雷射器都具有諧振腔。
雷射器
雷射工作物質
是指用來實現粒子數反轉並產生光的受激輻射放大作用的物質體系，有時也稱為雷射增益媒質，它們可以是固體（晶體、玻璃）、氣體（原子氣體、離子氣體、分子氣體）、半導體和液體等媒質。對雷射工作物質的主要要求，是儘可能在其工作粒子的特定能級間實現較大程度的粒子數反轉，並使這種反轉在整個雷射發射作用過程中儘可能有效地保持下去；為此，要求工作物質具有合適的能級結構和躍遷特性。
全固態雷射
激勵抽運系統
是指為使雷射工作物質實現並維持粒子數反轉而提供能量來源的機構或裝置。根據工作物質和雷射器運轉條件的不同，可以採取不同的激勵方式和激勵裝置，常見的有以下四種。①光學激勵(光泵)。是利用外界光源發出的光來輻照工作物質以實現粒子數反轉的，整個激勵裝置，通常是由氣體放電光源（如氙燈、氪燈）和聚光器組成，這種激勵方式也稱作燈泵浦。②氣體放電激勵。是利用在氣體工作物質內發生的氣體放電過程來實現粒子數反轉的，整個激勵裝置通常由放電電極和放電電源組成。③化學激勵。是利用在工作物質內部發生的化學反應過程來實現粒子數反轉的，通常要求有適當的化學反應物和相應的引發措施。④核能激勵。是利用小型核裂變反應所產生的裂變碎片、高能粒子或放射線來激勵工作物質並實現粒子數反轉的。
光學共振腔
通常是由具有一定幾何形狀和光學反射特性的兩塊反射鏡按特定的方式組合而成。作用為：①提供光學反饋能力，使受激輻射光子在腔內多次往返以形成相干的持續振盪。②對腔內往返振盪光束的方向和頻率進行限制，以保證輸出雷射具有一定的定向性和單色性。共振腔作用①，是由通常組成腔的兩個反射鏡的幾何形狀（反射面曲率半徑）和相對組合方式所決定；而作用②，則是由給定共振腔型對腔內不同行進方向和不同頻率的光，具有不同的選擇性損耗特性所決定的。
雷射器
分類
可調雷射器可以分為：功率可調雷射器和頻率可調雷射器。
功率可調雷射器是指雷射器可以根據客戶選定的功率調節範圍任意調節 。
頻率可調雷射器也就是脈衝式雷射器。脈衝調製雷射器分為外調製和內調製兩大類。外調製式雷射器留有專用的信號接口，由用戶接入脈衝信號，信號可以是正弦波, 也可以是方波，調製頻率可高達10MHz。內調製式雷射器不需要外接信號，加上工作電壓後，雷射器即以脈衝方式工作，其工作頻率根據用戶設計、定做。
主要用途
雷射器是現代雷射加工系統中必不可少的核心組件之一。隨著雷射加工技術的發展，雷射器也在不斷向前發展，出現了許多新型雷射器。早期雷射加工用雷射器主要是大功率CO2氣體雷射器和燈泵浦固體YAG雷射器。從雷射加工技術的發展歷史來看，首先出現的雷射器是在20世紀70年代中期的封離式CO2雷射管，發展至今，已經出現了第五代CO2雷射器——擴散冷卻型CO2雷射器。從發展上可以看出，早期的CO2雷射器趨向雷射功率提高的發展方向，但當雷射功率達到一定要求後，雷射器的光束質量受到重視，雷射器的發展隨之轉移到調高光束質量上。出現的接近衍射極限的擴散冷卻板條式CO2雷射器有較好的光束質量，已經推出就得到了廣泛的套用，尤其是在雷射切割領域，受到眾多企業的青睞。
21世紀初，出現了另外一種新型雷射器——半導體雷射器。與傳統的大功率CO2、YAG固體雷射器相比，半導體雷射器具有很明顯的技術優勢，如體積小，重量輕、效率高、能耗小、壽命長以及金屬對半導體雷射吸收高等優點，隨著半導體雷射技術的不斷發展，以半導體雷射器為基礎的其他固體雷射器，如光纖雷射器、半導體泵浦固體雷射器、片狀雷射器等的發展也十分迅速。其中，光纖雷射器發展較快，尤其是稀土摻雜的光纖雷射器，應在光纖通信、光纖感測、雷射材料處理等領域獲得了廣泛的套用。
由於雷射器具備的種種突出特點，因而被很快運用於工業、農業、精密測量和探測、通訊與信息處理、醫療、軍事等各方面，並在許多領域引起了革命性的突破。雷射在軍事上除用於通信、夜視、預警、測距等方面外，多種雷射武器和雷射制導武器也已經投入實用。
1、雷射用作熱源。雷射光束細小 ，且帶著巨大的功率，如用透鏡聚焦，可將能量集中到微小的面積上，產生巨大的熱量。比如，人們利用雷射集中而極高的能量，可以對各種材料進行加工，能夠做到在一個針頭上鑽200個孔；雷射作為一種在生物機體上引起刺激、變異、燒灼、汽化等效應的手段，已在醫療、農業的實際套用上取得了良好效果。
2、雷射測距。雷射作為測距光源，由於方向性好、功率大，可測很遠的距離，且精度很高。
3、雷射通信。在通信領域，一條用雷射柱傳送信號的光導電纜，可以攜帶相當於2萬根電話銅線所攜帶的信息量。
4、受控核聚空中的套用。將雷射射到氘與氚混合體中，雷射所帶給它們巨大能量，產生高壓與高溫，促使兩種原子核聚合為氦和中子，並同時放出巨大輻射能量。由於雷射能量可控制，所以該過程稱為受控核聚變。
今後，隨著人類對雷射技術的進一步研究和發展，雷射器的性能將進一步提升，成本將進一步降低，但是它的套用範圍卻還將繼續擴大，並將發揮出越來越巨大的作用。
