什么是红宝石激光器的工作原理

什么是红宝石激光器的工作原理

红宝石激光器一般地包括红宝石棒、脉冲氙灯、聚光器和光学谐振腔等四部分。其工作物质是红宝石棒，它是以掺铬的氧化铝（Al2O3）人工晶体（通常称红宝石）磨制而成。其中铬离子的浓度，按氧化铬与氧化铝的重量比，典型的为0.05%。红宝石棒的光学质量要求很高，将棒的两端研磨和抛光成光学平行平面，其平行度要求优于10秒，平面度不低于1/4光圈，端面与棒轴的垂直度不低于1分，侧面不抛光，以防止产生寄生的激光振荡。在棒的两端（通常在聚光器之外）各置一镀多层介质膜的反射镜，其一是全反射镜，另一个为半透半反镜（其反射率可取70~90%），此两反射镜构成激光器的谐振腔。　　红宝石激光器通常采用光激励的办法，即用脉冲氙灯发出的光能集中地照射在红宝石棒上，可利用一聚光器。聚光器是一内壁抛光镀金属的椭圆柱形的腔体，氙灯和红宝石棒并排对称地放在聚光器椭圆柱腔的两个焦线上。上面所述的红宝石的能谱特性可知，铬离子在外激励源的作用下，在2E态和基态4A2间可能造成粒子数的反转分布，使受激发射的产生成为可能，因此红宝石被选为受激发射光的材料。从红宝石产生激光作用的有关能级看，其铬离子的能级图2-11可简化为三能级系统的模型，如图2-3所示，能级E1相当于图2-11中的4A2。激光跃迁发生于E2和E1之间，E3是泵浦能级，前面对三能级系统分析的结果对红宝石激光器是完全满足的。　　计算表明，要实现激光振荡，红宝石棒上每平方厘米的光照功率至少要1200瓦。这样高的光照功率，使用一般的照明光源是达不到的，脉冲氙灯是可用的合适激励光源。