激光器jīguāngqì

〈名〉 利用受激辐射效应产生的一种特殊光源。如固体激光器、气体激光器、半导体激光器、液体激光器等。

激光器laser

利用受激辐射原理使某些工作物质中受激发的光产生放大或振荡发射的器件。按工作物质的不同，有固体(红宝石、钕玻璃、钇铝石榴石等)、气体(氦氖、氩、二氧化碳等)、半导体(砷化镓、镓铝砷等)和液体(氧氯化磷、染料等)等类型。
激光特性 由激光器发射的光束即激光。与普通光相比，激光具有下述特性：❶亮度极高，激光器连续发射的功率可达数百千瓦，脉冲发射的峰值功率可达10¹³瓦，其亮度可比太阳的亮度高几十亿倍。
❷单色性好，是颜色最纯、色彩最鲜的单色光。氦氖激光谱线的线宽在室温下仅为1×10^-7埃(10-¹⁷米)。
❸方向性强，激光光束的空间发散角只有毫球面度。
❹相干性强，激光的各发光中心存在恒定的相位差，能形成稳定的干涉条纹。
应用 利用激光的上述特性，激光器已广泛应用于科学技术和生产的许多领域。在农业机械化和农机工业方面，已在下述领域获得成功的应用：❶在农机科研领域，如用激光器作为全息光弹仪和散斑光弹仪的光源，测定受力部件的应力及其分布；利用多普勒效应，即当激光光源与接收器之间存在相对运动时，接收到的激光频率的相应变化，测定农业机械部件内气体或液体的流动特性；利用激光的相干性，通过全息底片记录喷雾装置喷射雾滴粒子的空间全息图像，从而精确地测定粒子的尺寸及其空间分布。
❷在农业机械产品上，如在农用平地机、开沟机和开沟铺管机上装设激光器，可提高平地质量或使沟底、管道保持准确、恒定的坡度，并便于驾驶员的操作；用激光光束代替机械式切割装置的剪羊毛机也已进行了研究。
❸在农业机械制造领域，利用激光与物质相互作用而产生的高温，可对各种金属和非金属材料进行切割，包括一些具有特殊外形工件的切割；或用于柴油机喷油嘴喷孔等具有高精度要求的小孔、异形孔的钻孔，以及用于金属材料的焊接、金属表面的相变硬化处理，合金化处理等。
❹在农机运用和维修领域，应用激光全息摄影技术，可以在不损伤机件的条件下，对机器和部件的技术状态进行诊断和检测。例如对轮胎质量的快速检验可以达到较高的灵敏度和精确度等。

激光器jiguangqi

产生激光辐射的器件或装置。由激光原理可知，要产生激光首先要寻找合适工作物质的合适能级；其次需要有外部能源供给以实现能级间的粒子数反转；第三需要使光辐射的能量密度加强到足够大。因此激光器尽管种类繁杂，但基本由三个部分组成：激光工作物质、激励（泵浦）系统及光学揩振腔。激光器也以此三部分之不同来分类。
❶激光工作物质。可以是气体(如He-Ne激光)，液体（如可调染料激光），固体（如红宝石激光），也可以是半导体（如砷化镓激光）。
❷激励系统。为在工作物质中实现和维持粒子数反转而提供能量的系统。分为光激励、气体放电激励(如He-Ne激光器就是在充气放电管两端加2～3千伏电压产生气体放电进行激励，如图)化学激励（化学反应生成物即处于粒子数反转状态）、核反应能激励。
❸光学谐振腔。通常由反射镜以一定方式组合而成。以氦氖激光器为例，它有一对反射镜T与P，严格与放电腔轴线垂直，使受激辐射光子在腔内多次往返振荡，反复得到放大，提高辐射能量密度。受到放大的光的运动方向是严格与共振腔轴线平行的，否则在多次往返中将跑出腔外而损失掉。两个互相平行的透明板B1与B₂是按布儒斯特角放置的，多次反射的结果使腔内激光只剩下在纸面内偏振的光。两块反射镜中，T的反射率100%,P约为98%，部分透射光即成为单色、偏振、相干及单一方向的输出激光。

另外，按运转方式的不同，激光器又可分为：可持续不断输出激光的连续激光器；仅能输出一个激光脉冲的单次脉冲激光器；可多次输出激光脉冲的重复脉冲激光器；激光波长可在一定范围内连续调节的可调谐激光器等。新出现的自由电子激光器，其工作方式完全是新型的。工作物质为在空间周期变化磁场中高速运动的定向自由电子束，只要改变电子的速度就可产生可调谐的相干电磁辐射、前景很诱人。

激光器laser

发射激光的装置叫激光器。是由激发物质、激发能源和谐振腔组成。按激活物质不同可分为：固体激光器，如宝石激光器、玻璃激光器；液体激光器，如无机液体、有机染料等；气体激光等，如二氧化碳、氩离子激光器等；半导体激光器。按激光器功率及输出方式不同，又将其分为连续激光器和脉冲激光器。激光器可用于工农业生产、军事及医药卫生等多领域。尤可用于诊断及治疗某些疾病。

激光器

又称“光激射器”、“莱塞”。利用受激辐射放大电磁波的原理产生激光束的器件。用光学、电学及其他方法对工作物质进行激励，使其中有尽可能多的粒子吸收能量后激发到能量较高的状态中去，当这种状态的粒子数大于能量较低状态的粒子数时，即形成粒子数反转。由于受激辐射，当某种波长的光通过工作物质时，就会射出强度被放大而又与入射光波同位相、同频率、同方向和同偏振态的光辐射，这种情况称为光放大。若把激发的工作物质放在共振腔里，则光辐射在此腔内沿轴线方向往复反射传播，多次通过工作物质，使光辐射被放大很多倍，最终射出极强的激光束。激光器作为光源，可用于打孔、焊接、切割高熔点材料，也可用于医疗、测距、通讯和基本科学研究等。按工作物质来分类，激光器可分为固体(红宝石、钕玻璃、钇铝石榴石等)、气体(氦氖、氩、二氧化碳等)、半导体和液体等几种。

激光器

利用受激发射实现光波振荡或放大的器件。根据工质（激活媒质）类型激光器主要分为固体、气体、液体、化学、半导体和X射线等6种。例如：无机液体激光器，红宝石固体激光器，砷化镓P-N结注入式半导体激光器，二氧化碳气体激光器，HF化学激光器等。目前，许多国家军队中使用的激光测距仪和寻的器，基本上是采用固体激光器研制的。

激光器

产生激光的一种装置。激光器是利用受激辐射效应建立起来的一种特殊光源。因此初期曾称它为“光的受激发射器”，也有按译音叫“莱塞”的。1964年以后，统称为“激光器”。
激光器一般有三个部分组成。
(1)要有能发出激光的物质。通常称之为激光正作物质，已经发现能产生激光的工作物质有气体、液体、固体、半导体等上千种。它们能发出从近紫外到远红外区各种波长（也就是各种颜色）的激光，上面提到的氦氖激光就是其中比较典型的一种，它的工作物质是氦气和氖气，所以这种激光器是一种气体激光器。它能发出几种不同波长的激光，其中，以可见的红光应用最广泛。
(2)要有一个刺激工作物质使其发出激光的能源。通常称之为激励装置。激励装置的工作方法有很多种，例如用光来激励，用气体放电、化学反应、电子束、热能以至核能来激励等。激光的能量不是工作物质自身产生的，是从激励装置中，通过与其他形式的能量(如光能、电能、化学能等)转换而得来的。
(3)要有一个能使光来回反射的装置。这样才能使光经过振荡放大而越来越强，成为一束激光。这个装置我们称之为谐振腔。这种谐振腔大都由两块互相平行的反射镜（或反射面）组成，谐振腔的轴线与反射面垂直，光就在这两个反射面之间来回传播，与轴线平行的光径多次反射达到一定强度后透过一块反射镜射出去。这个腔非常重要，没有它，受激发出的光就会象霓虹灯发出的光一样，射向四面八方，成不了一束强有力的激光。
具备了上述三个条件就可以得到激光了。以氦氖激光为例，就是将氦气和氖气以一定比例和压力充入一支玻璃管中，玻璃管两端用两块反射镜密封，安上阳极和阴极，通过加电压而放电，就能得到一束鲜艳夺目的红色激光。

激光器

从光的本质上讲，激光与普通光一样，既是具有波动性的波，又是一种粒子流。但由于激光发射的机理与普通光不尽相同，因此激光有其特点，如光束的频带很窄，发射角很小和相干性很强等。这些特点与光源的结构和光的发射方式密切相关。
自发辐射 原子和分子都具有一定的内能，这种内能的数值是不连续的，只能有某些特定的值，即原子或分子只能处在某些不连续的能量状态。一般情况下，大多数原子或分子处在能量最低的运动状态，称为基态。能量较高的状态称为激发态。常用能级图(如图A)表示原子或分子的能量，图中每条横线代表一个可能的能量数值，称为能级。E0为能量的最低能级，叫做基能级。E1、E2、E……代表的能量比E0高，称为激发能级。
常温时，多数原子或分子处在基态，少数原子或分子处在激发态，能级越高原子数越少，这种分布称为正常分布。如果物质受到外界作用之后，从外界吸收大量能量，许多原子或分子则由基态过渡到激发态(如图B)。但是

图A

处在激发态的原子或分子极不稳定，会自发地从激发态过渡到下能级或跳回基态，在此过程中可能以发射光子的形式放出多余的能量，此种发射称为光的自发辐射。图C即表示这种辐射过程。自发辐射是随机的，各激发态的原子或分子跳向下能级的过程并不相关。对某个具体的原子或分子，此过程发生的时刻并不确定。这是普通光源发光的特点。

吸收

图 B

自发辐射

图 C

受激辐射 有些物质由于其内部结构的关系，其中原子或分子被激发到激发态后，不立刻回到基态，而是很快的过渡到某个或几个寿命较长的中间状态。原子或分子在这些状态停留的时间较长，对于其它激发态讲比较稳定，这种相对稳定的状态称为亚稳态。由于亚稳态的寿命较长，物质受到强烈作用后，可能使亚稳态的粒子数比基态或下能级的多，致使粒子数分布与正常分布相反，这种分布称为反分布。处在反分布的原子或分子，如果受到入射光子的作用，而此光子的能量hν恰等于原子（或分子）亚稳态与基态或下能级能量之差，则这些受激原子或分子就从亚稳态跳到基态或某个下能级，同时发射一个与入射光频率相同的光子，这种发射称为光的受激辐射，如图D。

受激辐射

图 D

受激辐射是激发原子（或分子）受到光子激发以后的发光现象，由于产生的这些光子在物质中继续前进时又会激发更多的光子，所以光与激活物质作用时，不是减弱了光束，而是使光束加强了，因此利用受激辐射有可能使光放大。通常，物质中基态上的原子数比激发态的多，所以光束通过物质时，吸收作用占主导地位，如果原子处在反分布状态则受激辐射占主导地位，光束就得到放大，输出激光。激光器就是根据这种基本理论装配起来的。
激光器的结构 其基本结构不外三个部分：
激光介质 某些固体、液体、气体或半导体物质，由于它们的原子或分子结构的特点，能维持受激发射，如掺铬的红宝石、钕玻璃、氩离子气体、二氧化碳气体、染料若丹明6G和砷化镓半导体等。
激发能源 为产生激光必须实现原子或分子的反分布，因此系统必须从外界获得能量，此种能量称为泵浦能。实现反分布的方法有：强光照射，俗称光泵抽运；电离放电，高速离子相互碰撞激励；高速离子与中性原子碰撞激励；电流激励和用化学方法等。
谐振腔 激光谐振腔为一对互相平行放置的反射镜构成，分别置于激光介质的二端，其中一块反射镜的反射率接近100%，另一块反射镜部分透光，最佳透过率与腔的结构，激光介质的质量和类型等有关。一般用实验方法进行选择。
激光器的工作原理 当激光介质受到外界能的强烈作用时，大量原子或分子被抽运到激发态，而激发态的寿命很短，很快过渡到亚稳态。由于亚稳态的寿命较长，很短时间内聚焦了许多粒子，与下能级形成反分布。此时，若有一光子沿光轴方向运动，立即产生受激辐射，由于受激辐射，沿光轴方向的光子数很快增多。当光线经反射镜反射返回介质时，光束再一次得到放大。在腔内重复进行此过程，就得到定向的高强度激光。显然，只有沿光轴的光束或者接近于光轴的光束才能在激光器内振荡，所以激光束的发散角很小，一般在零点几毫弧度到20毫弧度之间。由于在很小的立体角内聚集了大量的能量，所以激光束的亮度很大。激光是原子或分子中二固定能级间的受激辐射产生的，此二能级间的频宽很窄，加上谐振腔的选频作用，只有那些既符合谐振腔选频条件，又在原子或分子谱线宽度之内的光才能形成振荡，所以激光束的单色性很好。最好的普通光源的单色性可以达到10-6量级，而稳频激光器的单色性可达10-10～10-13量级。激光的这些特点是其它光源所没有的。
由于激光是受激辐射，光子的产生不是随机的，光束中每个光子都是由前一个光子的激励而产生的。因此光子几乎有相同的频率、方向和位相，能产生很强的干涉现象。通常气体激光器光束的相干时间约为100ns，相干长度为几十米，稳频激光器光束的相干长度达10⁵km。
激光是一种平行性很好的光，但光束中强度分布并不是均匀的。在最理想的激光束中，光束中心的强度最大，离中心越远强度越小，从中心开始按高斯分布规律减小，人们称这种光束为高斯光束。
激光器的种类 从工作方式将激光器分为连续激光器和脉冲激光器二大类。常用光脉冲能量、光脉冲宽度和光脉冲峰值功率表示脉冲激光的特性。连续激光的强弱用功率（瓦）表示。激光器的波长范围，在短波段已扩展到真空紫外区，长波段已能产生亚毫米波激光。连续激光器的功率达到几十千瓦，脉冲激光器的峰值功率高达1013瓦数量级。稳频激光器频率稳定度达到10-16。由于激光技术水平的不断提高，为激光应用技术提供了坚实的基础。
激光器的工作物质已发展到数百种，按工作物质分类有固体激光器、气体激光器和液体激光器。医学上常用的固体激光器有红宝石激光器，钕玻璃激光器和钇铝石榴石激光器等；常用的气体激光器有氦氖激光器、二氧化碳激光器、氩离子激光器、氦镉激光器和氮分子激光器；常用的液体激光器为染料激光器。
激光器的导光系统 医用激光器常配有二种导光系统，一种是导光纤维，另一种是导光关节臂。导光关节臂用反射镜传光，安装一定数量的反射镜和轴承即能达到活动自如的目的。常见的导光关节用六个装反射镜的金属块与七根接管连接而成。反射镜的金属块一端用轴承与接管连接，另一端采用斜面定位，螺口固定的连接法。但在近刀头处金属块均通过轴承与接管连接，以提高刀头的灵活性。接管口径12mm或更小，总长度约900mm可满足应用要求。激光耗损率约16%。
传导激光常采用单丝纤维，目前国内外激光内腔镜中广泛使用石英玻璃单丝纤维，一般全长2m，用透镜将激光注入光纤，光纤的透率在80%以上。