固体激光器特点

2005/1/5/14:17    这是一类以固态基质中掺入少量激活元素为工作物质的激光器。“固态基质”包括绝缘体和半导体，但半导体激光器通常都不被列入固体激光器中而需要单独介绍。用作基质的绝缘体主要有刚玉、石榴石晶体及各种玻璃，而最常见的激活离子则为钕等所谓稀土元素离子。例如，世界上第一台激光器所用工作物质红宝石，就是掺入极少量铬离子的刚玉。

    由于红宝石激光器是最早发明的激光器，所以，激光的很多早期应用都与其有关。但随着性能更好的激光工作物质的发现，红宝石激光器在许多领域的应用都被这些激光器所取代。目前这种器件最重要的应用是全息术。此外，还可用于测量等离子中电子的密度和温度等参量。

    以掺有一定量钕离子（Nd3+）的钇铝石榴石（YAG）晶体或玻璃为工作物质的激光器分别称为掺钕钇铝石榴石（Nd∶YAG）激光器和钕玻璃激光器。前者输出1.064微米的近红外辐射，而后者的波长范围为1.054～1.062微米。Nd∶YAG晶体具有好的光学质量和高的热导率，这使它可以在较高的重复频率下工作。最近几年发展起来的二极管泵浦技术使Nd∶YAG激光器的能量转换效率大大提高，结构更加紧凑。激光器的输出功率和能量主要受工作物质尺寸的限制，晶体的长度典型情况下在0.1米左右，而直径一般不超过12毫米。与此相比，钕玻璃的尺寸则大得多，目前已生产出长2米、直径75毫米的棒材和直径0.9米、厚50毫米的圆片。这种材料的主要缺点是导热性较差，因而只能以低重复频率工作。例如，美国前不久建造的一台大型钕玻璃激光器，每个脉冲的输出能量达1万焦，峰值功率在1013瓦以上，但其重复频率是每天只有几个脉冲。

    掺钕激光器是当前应用最广的固体器件之一，主要用于各种材料的加工，如打孔、点焊、激光标刻及集成电路中厚膜、薄膜电路的加工制造、冗余修复等；在医疗上则可用于多种外科手术；军事上，Nd∶YAG激光器被广泛应用于激光测距机、目标指示器和激光雷达；将高功率激光束聚焦到靶上产生的高温等离子体可辐射X射线和软X射线谱；大型激光系统可用于惯性约束核聚变；倍频后的绿光和紫外辐射则是可调谐染料激光器的理想泵浦源。