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          激光器的神奇功能及應用

          來源:未知 作者:admin

            激光在我們生活當中隨處可見,它的功能與作用不可輕視,具有神奇的功能,應用非常的廣泛:比如農業生產、日常生活、醫療、軍事、航天等。就我們生活而言,在日常生活中的作用: 激光唱片,用激光刻錄方法記錄音頻信號的圓形薄片載音體。激光錄像,通過光調制器用激光束把經過編碼的圖像和聲音信息記錄到圓形薄片載體上。在醫療中的作用,激光應用在醫療器械領域的成果是很多的,它可以扮演鉆頭、手術刀、焊槍等多種角色。了解了激光的作用,那么,激光器的神奇應用又有哪些呢?下面我們進行一下分類就一目了然了。

            激光器分類:可以有兩種方法對激光器進行分類。一種是從激活媒質的物質狀態面分類。這樣可分為氣體、 液體、固體和半導體激光器。各類激光器各有特色。氣體激光器的單色性強,如氦—氖激光器的單色性比普通光源要高1億倍,而且氣體激光器工作物質種類繁多,因此可產生許多不同頻率的激光。但是,由于氣體密度低,激光輸出功率相應較小;固體激光器則正好相反,能量高,輸出功率大,但工作物質種類較少,而且單色性差;液體激光器的最大特點是激光的波長可以在一定范圍內連續變換。這種激光器特別適合于對激光波長有著嚴格要求的場合;半導體激光器的特點則是體積小,重量輕,結構簡單,但輸出的功率較小,單色性也較差。另一種分類方式是按激活媒質的粒子結構來分類,可以分為原子、離子、分子和自由電子激光器。氦——氖激光器產生的激光是由氖原子發射的,紅寶石激光器產生的激光則是由鉻離子發射的。另外還有二氧化碳分子激光器,它的頻率可以連續變化。而且可以覆蓋很寬的頻率范圍。各種激光器中激活媒質的方法也不盡相同。一般來說可分為三種方法:使用高強度的光,從帶電源來的電子,以及較少用的第三種方法——核輻射。

            光纖通信所用的激光器在光纖通信中,所用的光源有三種:半導體激光器、半導體發光二極管和非半導體激光器。在實際的光纖通信系統中,通常選用前兩種。而非半導體激光器,如氣體激光器、固體激光器等,雖然它們是最早制成的相干光源,但由于其體積太大,不適宜與體積小的光纖配合使用,只用于一些特殊場所。

            半導體激光器:半導體激光器即為激光二極管,記作LD。它是前蘇聯科學家H.Γ.巴索夫于1960年發明的。半導體激光器的結構通常由P層、N層和形成雙異質結的有源層構成。半導體激光器的發光是利用光的受激輻射原理。處于粒子數反轉分布狀態的大多數電子在受到外來入射光子激勵時,會同步發射光子,受激輻射的光子和入射光子不僅波長相同,而且相位、方向也相同。這樣由弱的入射光激勵而得到了強的發射光,起到了光放大作用。但是僅僅有光放大功能還不能形成光振蕩。正如電子電路中的振蕩器那樣,只有放大功能不能產生電振蕩,還必須設計正反饋電路,使電路中所損失的功率由放大的功率得以補償。同樣,在激光器中也是借用電子電路的反饋概念,把放大了的光反饋一部分回來進一步放大,產生振蕩,發出激光。這種用于實現光的放大反饋的儀器稱為光學諧振腔。半導體激光器的優點:尺寸小,耦合效率高,響應速度快,波長和尺寸與光纖尺寸適配,可直接調制,相干性好。

            半導體發光二極管:半導體發光二極管和半導體激光器類似,也是一個PN結,也是利用外電源向PN結注入電子來發光的。半導體發光二極管記作LED,是由P型半導體形成的P層和N型半導體形成的N層,以及中間的由雙異質結構成的有源層組成。有源層是發光區,其厚度為0.1~0.2μm左右。

            半導體發光二極管的結構公差沒有激光器那么嚴格,而且無諧振腔。所以,所發出的光不是激光,而是熒光。LED是外加正向電壓工作的器件。在正向偏壓作用下,N區的電子將向正方向擴散,進入有源層,P區的空穴也將向負方向擴散,進入有源層。進入有源層的電子和空穴由于異質結勢壘的作用,而被封閉在有源層內,就形成了粒子數反轉分布。這些在有源層內粒子數反轉分布的電子,經躍遷與空穴復合時,將產生自發輻射光。半導體發光二極管的結構簡單,體積小,工作電流小,使用方便,成本低,所以在光電系統中的應用極為普遍。

            激光器分類的方法有很多,可以按照它切割的材料來分,可以按照它的功率的大小來分,可以按照波段分。激光設備按照波段可分為可見光、紅外、紫外、X光、多波長可調諧 。目前工業用紅外及紫外激光,例如CO2激光器10.64um紅外激光, 氪燈泵浦YAG激光器1.064um紅外激光, 氙燈泵浦YAG激光器1.064um紅外激光, 半導體側面泵浦YAG激光器1.064um紅外激光。

            激光器的種類很多,可分為固體、氣體、液體、半導體和染料等幾種類型:

            ( 1 )固體激光器一般小而堅固,脈沖輻射功率較高,應用范圍較廣泛。如:Nd:YAG激光器。 Nd(釹)是一種稀土族元素,YAG代表釔鋁石榴石,晶體結構與紅寶石相似。

            ( 2 )半導體激光器體積小、重量輕、壽命長、結構簡單,特別適于在飛機、軍艦、車輛和宇宙飛船上使用。半導體激光器可以通過外加的電場、磁場、溫度、壓力等改變激光的波長,能將電能直接轉換為激光能,所以發展迅速。

            ( 3 )氣體激光器以氣體為工作物質,單色性和相干性較好,激光波長可達數千種,應用廣泛。氣體激光器結構簡單、造價低廉、操作方便。在工農業、醫學、精密測量、全息技術等方面應用廣泛。氣體激光器有電能、熱能、化學能、光能、核能等多種激勵方式。

            ( 4 )以液體染料為工作物質的染料激光器于 1966 年問世,廣泛應用于各種科學研究領域,F在已發現的能產生激光的染料,大約在 500 種左右。這些染料可以溶于酒精、苯、丙酮、水或其他溶液。它們還可以包含在有機塑料中以固態出現,或升華為蒸汽,以氣態形式出現。所以染料激光器也稱為 “ 液體激光器 ” 。染料激光器的突出特點是波長連續可調。燃料激光器種類繁多,價格低廉,效率高,輸出功率可與氣體和固體激光器相媲美,應用于分光光譜、光化學、醫療和農業。

            ( 5 )紅外激光器已有多種類型,應用范圍廣泛,它是一種新型的紅外輻射源,特點是輻射強度高、單色性好、相干性好、方向性強。

            ( 6 ) X 射線激光器在科研和軍事上有重要價值,應用于激光反導彈武器中具有優勢;生物學家用 X 射線激光能夠研究活組織中的分子結構或詳細了解細胞機能 ; 用 X 射線激光拍攝分子結構的照片 , 所得到的生物分子像的對比度很高。

            ( 7 )化學激光器 有些化學反應產生足夠多的高能原子,就可以釋放出大能量,可用來產生激光作用。

            ( 8 )自由電子激光器 這類激光器比其他類型更適于產生很大功率的輻射。它的工作機制與眾不同,它從加速器中獲得幾千萬伏高能調整電子束,經周期磁場,形成不同能態的能級,產生受激輻射。

            ( 9 )準分子激光器、光纖導波激光器等。

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