激光器的种类
来源:中华百科图书 类别:阅读 发布时间:05-19
在气体激光器中, 最常见的是氦氖激光器.世界上第一台氦氖激光器是继第一台红宝石激光器之后不久, 於1960 年在美国贝尔实验室里由伊朗物理学家贾万制成的.由於氦氖激光器发出的光束方向性和单色性好, 可以连续工作, 所以這种激光器是当今使用最多的激光器, 主要用在全息照相的精密测量、准直定位上.
气体激光器中另一种典型代表是氩离子激光器.它可以发出鲜艳的蓝绿色光, 可连续工作, 输出功率达100 多瓦.這种激光器是在可见光区域内输出功率最高的一种激光器.由於它发出的激光是蓝绿色的, 所以在眼科上用得最多, 因为人眼对蓝绿色的反应很灵敏, 眼底视网膜上的血红素、叶黄素能吸收绿光.因此, 用氩离子激光器进行眼科手术时, 能迅速形成局部加热, 將视网膜上蛋白质变成凝胶状态, 它是焊接视网膜的理想光源.氩离子激光器发出的蓝绿色激光还能深入海水层, 而不被海水吸收, 因而可广泛用於水下勘测作业.
液体、化学和半导体激光器
液体激光器也称染料激光器, 因为這类激光器的激活物质是某些有机染料溶解在乙醇、甲醇或水等液体中形成的溶液.为了激发它們发射出激光, 一般采用高速闪光灯作激光源, 或者由其他激光器发出很短的光脉冲.液体激光器发出的激光对於光谱分析、激光化学和其他科学研究, 具有重要的意义.
化学激光器是用化学反应來产生激光的.如氟原子和氢原子发生化学反应时, 能生成处於激发状态的氟化氢分子.這样, 当两种气体迅速混合后, 便能产生激光, 因此不需要别的能量, 就能直接从化学反应中获得很强大的光能.這类激光器比较适合於野外工作, 或用於军事目的, 令人畏惧的死光武器就是应用化学激光器的一项成果.
在当今的激光器中, 还有一些是用半导体制成的.它們叫砷化镓半导体激光器, 体积只有火柴盒大小, 這是一种微型激光器, 输出波长为人眼看不见的红外线, 在0.8~0.9 微米之间.由於這种激光器体积小, 结构简单, 只要通以适当强度的电流就有激光射出, 再加上输出波长在红外线光范围内, 所以保密性特别强, 很适合用在飞机、军舰和坦克上.
固体激光器
前面所提到的红宝石激光器就是固体激光器的一种.早期的红宝石激光器是采用普通光源作为激发源.现在生产的红宝石激光器已经开发出许多新产品, 种类也增多.此外, 激励的方式也分为好几种, 除了光激励外, 还有放电激励、热激励和化学激励等.
固体激光器中常用的还有钇铝石榴石激光器, 它的工作物质是氧化铝和氧化钇合成的晶体, 并掺有氧化钕.激光是由晶体中的钕离子放出, 是人眼看不见的红外光, 可以连续工作, 也可以脉冲方式工作.由於這种激光器输出功率比较大, 不仅在军事上有用, 也可广泛用於工业上.此外, 钇铝石榴石激光器或液体激光器中的染料激光器, 对治疗白内障和青光眼十分有效.
"隐身"和"变色"激光器
另外还有两种较为特殊的激光器.一种是二氧化碳激光器, 可称"隐身人", 因为它发出的激光波长为10.6 微米, "身"处红外区, 肉眼不能觉察, 它的工作方式有连续、脉冲两种.连接方式产生的激光功率可达20 千瓦以上.脉冲方式产生的波长10.6 微米激光也是最强大的一种激光.人們已用它來"打"出原子核中的中子.二氧化碳激光器的出现是激光发展中的重大进展, 也是光武器和核聚变研究中的重大成果.最普通的二氧化碳激光器是一支长1 米左右的放电管.它的一端贴上镀金反射镜片, 另一端贴一块能让10.6 微米红外光通过的锗平面镜片作为红外激光输出镜.一般的玻璃镜片不让這种红外光通过, 所以个能做输出镜.放电管放电时发出粉红色的自发辐射光, 它产生的激光是看不见的, 在砖上足以把砖头烧到发出耀眼的白光.做实验时, 一不小心就会把自己的衣服烧坏, 裸露的皮肤碰到了也要烧伤, 所以這种激光器上都贴着"危险"的标记, 操作时要特别留神.
二氧化碳激光器形式很多.放电管最长的达200 多米, 要占据很大的场地.科学家想出办法, 將笔直的放电管弯成來回转折的形状, 或是把放电管叠起來安装, 將它們的实际长度压缩到20 米左右;为了使激光器的光路不受振动的影响, 整个器件安放在地下室粗大的管道内.后來发明的一种称为横向流动的二氧化碳激光器, 长度缩到只有一张大办公桌那样长短, 能射出几千瓦功率的激光.這样的激光器已被许多汽车拖拉机厂用來加工大型零件.输出功率更大的一种二氧化碳激光器结构像大型喷气发动机, 开动起來声音响得吓人, 它能产生上百万瓦的连续激光, 是连续方式发射激光中的最强者.最初的激光打坦克靶实验, 用的就是這种激光器.它是科学家把空气动力学和激光科学相结合而制造出來的.
以脉冲方式发射的二氧化碳激光器也有很多种, 在科研和工业中用途极广.如果按每一脉冲发出的能量大小作比较, 那么, 脉冲二氧化碳激光器又是脉冲激光器中的最强者.
這里, 我們要回到激光先驱者汤斯曾经研究过的问题上來, 谈一谈毫米波的产生.随着激光技术的发展, 许多科学家对這一难题又发起了进攻: 采用放电或利用强大的二氧化碳激光作为激励源去激发氟甲烷、氨等气体分子, 一步步地把发射出來的激光波长延长, 扩展.开始达几十微米, 后來达几百微米, 也就是亚毫米波了.本世纪60 年代中期到70 年代中期, 随着微波技术的发展, 科学家根据激光的原理和方法产生了毫米波.這样, 从光波到微波之间的空白地带便被不断发现的新红外激光填补了.
从研究中, 科学家发现毫米波很有实用价值: 大气对它的吸收率很小、阻碍它传播的影响也小, 可以用它來作为新的大气通讯工具.
另一种比较特殊、新颖的激光器, 可以形象地称它为"变色龙".它不是龙, 但确实能变色;只要转动一个激光器上的旋钮, 就可以获得红、橙、黄、绿、青、蓝、紫各种颜色的激光.
难道染料跟激光器也有关系吗? 一点也不错.這种激光器的工作物质确实就是染料, 如碳花青、若丹明和香豆素等等.科学家至今还没有弄清楚這些染料的分子能级和原子结构, 只知道它們与气体工作物质的气体原子、离子结构不一样;气体产生的激光有明确的波长, 而染料产生的激光, 波长范围较广, 或者說有多种色彩.染料激光器的光学谐振腔中装有一个称为光栅的光学元件.通过它可以根据需要选择激光的色彩, 就像从收音机里选听不同频率的无线电台广播一样.
染料激光器的激励源是光泵, 可以用脉冲氙灯, 也可以用氮分子激光器发出的激光.用一种颜色的激光作光泵, 结果能产生其他颜色的激光可以說是染料激光器的特点之一.
這种根据需要可以随时改变产生激光的波长的激光器, 主要用於光谱学研究;许多物质会有选择地吸收某些波长的光, 产生共振现象.科学家用這些现象分析物质, 了解材料结构;还用這些激光器來产生新的激光, 研究一些奇异的光学和光谱学现象. |