固體激光器的種類

隨著固體激光器技術多年的成長積累，現在固體激光器的類型更是各種各樣都有，但是最經常使用的主要還是泵浦源為紅寶石、摻釹釔鋁石榴石、二極管的固體激光器以及可調諧固體激光器等這幾類。

紅寶石激光器

紅寶石激光器（Cr3+：Al2O3）是摻有少量Cr3+離子的藍寶石（Al2O3），紅寶石激光器的工作物質是紅寶石晶體（Cr3+：Al2O3），其中Cr3+是發光的激活粒子，它屬于三能級系統，決定著輸出激光的光譜特性;而Al2O3是基質晶體。

這類固體激光器具有如下的優點：

①激光器機械硬度大、穩定性較好，能夠接受功率密度較大的激光，而且生產的光的尺寸也較大;

②使用時間長，內存大，能夠有大能量的激光發射;

③激光頻譜較大，能夠輕易的獲得高能量的單膜;

④它的性能穩定、可以輸出波長為400~760nm的光。

當然任何事物都有兩面性，這類固體激光器也難免會有缺點：首先它是三能級的構造，因此它所需要構建的閾值較大;其次紅寶石的特性目標對于溫度非常的敏感;然后，對于它的激發頻率比較低，這就導致了它能夠長時間的工作;發散角輸出通常在三到十毫弧這個范圍內，稍微偏大。

摻釹釔鋁石榴石激光器

摻釹釔鋁石榴石激光器（Nd3+：YAG）是四能級系統的激光器，它的工作效率較高，使用時間長以及工作的閾值較低，輸出的波長較低，所以能夠長時間的進行工作。它的結構與前面那種固體激光器的構造根本上是一致的。由于它的工作物質和與其對應的光泵不同，所以能夠實現長時間的工作。

這類固體激光器的晶體是以YAG為基礎材質，混入適當的Nd3+共同組成了晶體結構。這種晶體有許多優良特性，例如：熱的傳導效率較快，這樣就對激光器的連續工作創造了非常好的基礎;三價稀土離子的釔鋁石榴石晶體具有1970℃的熔點，能夠承受較大的輻射;它的熒光寬度僅為6.5cm，所以它的工作閾值較小;熒光量子的工作效率可近似接近于1，成為了現在的固體激光器內極其優秀的工作物質。

摻釹釔鋁石榴石激光器通常把氪燈當作是泵浦光源。氪燈與氙燈的構造基本相同，區別是它的燈管內充有大氣壓為2到4的氪氣。

摻鉺釔鋁石榴石激光器

摻鉺釔鋁石榴石激光器（Er：YAG）的波長比較獨特，引起了科學家的廣泛關注，并且在醫學應用方面也取得了較大的應用，對于未來的發展有很好的前景。

這類固體激光器的基本結構與Nd3+：YAG固體激光器基本結構相似，通常采用脈沖氙燈泵浦，聚光腔為鍍銀的單橢圓柱腔或雙橢圓柱腔，但是它的光學元件必須與水蒸氣隔離（不隔離激光束將破壞），因此需要將激光器密閉在干燥的容器之中。

摻鉺釔鋁石榴石激光器具有較高的光學性能、較小的損耗，而且激光輸出方面比較的高，物理化學性能較穩定，能特別高效的去掉硬組織。

可調諧固體激光器

可調諧固體激光器也具備了比較多的優異的特點：它的內存較大，能夠使儲存時間較大;其使用時間長;閃光燈或者二極管泵浦時效果非常明顯;在調形下也能夠正常運轉;產生光束性能好，并且諧波的產生能力也較好。

可調諧固體激光器指的是在一定范圍內，能夠使輸出波長連續改變的固體激光器，我們可以將它分為兩類：一類是色心激光器;一類是用摻過渡族金屬離子的激光晶體制作的可調諧激光器。

前者是指工作物質為有色心的晶體，這種色心是由于正負離子的缺失造成的。它的熒光線寬因為晶體振蕩的干擾而使得其寬度較大。色心激光器調諧范圍寬為0.6～3.65微米，線寬窄，但是大部分都只能在低溫下工作。激光晶體主要包括金綠寶石、Cr:GSGG和摻鈦藍寶石等，其中性能最好的固體可調諧材料是鈦藍寶石。

二極管泵浦的固體激光器

二極管泵浦的固體激光器誕生于1962年，它不同于以往的以閃光燈作為泵浦源的固體激光器，它的泵浦源是LD，被稱為全固態激光器，這主要是因為它的元器件都是“固態”的。它的優點比較明顯：具有很強的光轉換率、功率大、穩定性好、安全可靠、使用時間長以及體積小等。

固體激光器的應用

固體激光器在軍事、加工、醫療和科學研究領域有廣泛的用途。固體激光器常用于測距、跟蹤、制導、打孔、切割和焊接、半導體材料退火、電子器件微加工、大氣檢測、光譜研究、外科和眼科手術、等離子體診斷、脈沖全息照相以及激光核聚變等方面。

固體激光器在工業加工中的應用

1、激光切割

激光切割是利用光在聚集以后產生非常強的能量，然后實現切割的功能。在物體加工的過程中，由于固體激光器能夠大大的降低工人的勞動強度和成本，而且還可以保證加工物件的質量，所以得到了人們的普遍運用。

2、激光焊接

這類技術是固體激光器用于物體加工過程中使用最頻繁的一種方法。整個過程是熱傳導型，即通過激光器產生的高熱量激光對物體的表面進行加熱，然后經過傳導作用，最終使加工的物件達到我們想要的結果。

正是因為固體激光器的長處比較獨特，現在已經被頻繁的運用在小型的焊接工作中了。與其它的焊接相比，它具有明顯的焊接效率高、質量好以及能在常溫條件下焊接的優點，而且設備構造也較簡單。

3、激光鉆孔

隨著人們對電子產品向小型化的需求發展，就要求電子線路向集成化的方向邁進，然而這種技術需要在線路板上安裝越來越多的微型過孔以及盲孔。而傳統的手工加工方式肯定達不到想要的精度，而隨之固體激光器鉆孔技術的發展，很好的解決了這個問題，具有很好的應用前景。

固體激光器在軍事領域的應用

固體激光器如今在軍工方面的應用也表現出了愈發強大的發展空間，它在軍工方面的運用發展歷程中算是激光器中的后來居上。直到1990年，有專家研發了大功率的LD激光器，這才使得激光器在軍事方面大顯身手。

由于固體激光器的輸出的波長較小，這就很好的在空氣中傳輸，進而可以達到長距離作戰的使用要求，并且它的體積相對而言還較小，運用起來格外的便利，工作效率較高，對于后期的維護保障相當容易，可以在各種平臺上操作。在具體的使用方面，固體激光器在常規武器中比較受青睞，比如軍事專用的測量距離的機器，有導航功能的炸 彈等。而且固體激光器還有非常大的可能向定向武器方面發展，可以用于導 彈的防御、防控以及還是軍艦的自我防衛等。

固體激光器在軍事領域的成功運用，對于戰場態勢的轉變有非常大的變化，而且隨著技術的發展，它很能夠實現模塊化的批量生產，這就使得在軍事領域更加的方面快捷，更有甚至可以成為單邊作戰的重要元器件。

固體激光器在生物醫學中的應用

固體激光器在醫學領域的成功運用還是從眼部手術開始的，1962年，人們第一次將人的視網膜和眼球利用激光進行連接，這樣就可以做到不用對眼球進行切開就能達到治療的效果。

固體激光器于生物醫療領域中的使用包括醫學研究工具、激光診斷和激光治療三大類。

1、醫學研究工具

在研究醫學病理、生理、生化的過程中，可以通過固體激光器的激光照射各個細胞，以便對細胞的生理開展探究，也可利用激光來做細胞手術。現在固體激光器已經變成了科研人員研究遺傳學和胚胎學實驗非常重要的器材。

2、激光診斷

利用激光診斷測試方法可以很好的對活體組織進行內部的檢測。所以在對人體的手指、牙齒以及小孩的腦積水方面都有很好的應用。比如現在科學家正在研究利用能量為400J、輸出寬度為半毫米的激光器對牙齒進行檢測。

利用固體激光器來檢測血藥流動方面的內容的時候，在不需要血藥進行擾亂的情況下就可以成功的測量。當對生物的組織進行定量測試的時候，可以很簡單的測定被測對象身體各個部位的細胞成分，來檢查對象內的元素成分。

3、激光治療

在激光治療的過程中，現在最為常用的方法就是利用固體激光器的凝結機。在進行手術的時候，通過激光手術刀的作用就可以對身體內的手術部位進行治療，這樣就可以很好的減輕血量的流失，而且后期恢復較快，沒有干擾等。在視網膜、青光眼以及鞏膜的手術上面紅寶石激光器也非常方便，紅寶石激光器不僅是全球第一臺激光器，也是最早在醫學治療中使用的激光器。而且由于它的工作波長是可見光范圍，不宜與血紅蛋白進行作用，所以在各種色素引起的病變中非常的實用。

在生物醫學治療中使用越來越普及的固體激光器是Nd3+：YAG激光器，由于這一類固體激光器具有多種優良特性：轉換的效率相當的高，超級大的激光輸出功率，其中激光輸出功率在單根的晶體工作時能夠高達百瓦，與CO2氣體激光器相比，具有更好的止血和凝固作用，因此在醫學領域中經常起手術刀的作用，它的作用是在解剖血管飽滿的組織時，使出血量極低。這類固體激光器能夠輸出脈沖能量相當大的激光，并且激光在水和血紅蛋白中時很難被吸收，因此能夠滲透到很深的組織中。

由于Nd3+：YAG固體激光器通過倍頻技術可以得到波長為532nm的綠色激光，且其穿透較淺，因而一般僅限于對較淺的血管性病變進行治療，另外，倍頻Nd3+：YAG激光也可廣泛應用于胃出血、血管瘤的的治療及顯微外科手術，對于由紅的染料顆粒所引起的文身、文唇等人為的皮膚色素變異亦具有一定的治療效果。