可调谐激光器

[拼音]：ketiaoxie jiguangqi

[外文]：tunable laser

在一定范围内可以连续改变激光输出波长的激光器(见激光)。这种激光器的用途广泛，可用于光谱学、光化学、医学、生物学、集成光学、污染监测、半导体材料加工、信息处理和通信等。

实现激光波长调谐的原理大致有三种。大多数可调谐激光器都使用具有宽的荧光谱线的工作物质。构成激光器的谐振腔只在很窄的波长范围内才有很低的损耗。因此，第一种是通过某些元件（如光栅）改变谐振腔低损耗区所对应的波长来改变激光的波长。第二种是通过改变某些外界参数（如磁场、温度等）使激光跃迁的能级移动。第三种是利用非线性效应实现波长的变换和调谐（见非线性光学、受激喇曼散射、光二倍频，光参量振荡）。属于第一种调谐方式的典型激光器有染料激光器、金绿宝石激光器、色心激光器、可调谐高压气体激光器和可调谐准分子激光器。

染料激光器

工作物质是有机染料，其能级由单重态(S)和三重态(T)组成。S和T又分裂成许多振动－转动能态，在溶液中这些能态还要明显加宽，因此能发出很宽的荧光。

图1、图2为染料激光器的典型结构示意图和几种染料的典型调谐范围。图1中用Nd:YAG激光经过倍频之后产生的 5320埃激光作为泵浦源去激励染料。在振荡器部分，条纹间距为d 的衍射光栅和输出镜构成谐振腔。这时，只有波长满足2dcosθ＝mλ，m＝0，1，2，… 的光束才具有低的损耗，能形成激光振荡。因此，旋转光栅（改变θ角），就能改变输出激光的波长。在谐振腔内还插入一个放在压力室中的标准具。改变压力室中的气压，可使标准具中气体的折射率随之而变，从而获得输出波长的精细调谐。图中还有一级放大，以增加输出激光的功率。

一般染料激光器的结构简单、价廉，输出功率和转换效率都比较高。环形染料激光器的结构比较复杂，但性能优越，可以输出稳定的单纵模激光。

染料激光的调谐范围为0.3～1.2微米，是应用最多的一种可调谐激光器。

金绿宝石激光器

一种固体可调谐的激光器。金绿宝石中Cr³⁺的能级见图3。发射激光的波长取决于哪个振动能级是激光跃迁的终端。振动能级带与激光的可调谐范围相对应。金绿宝石激光器的阈值低，效率高，输出功率高，可在室温下工作，调谐范围7000～8000埃。

色心激光器

色心是晶体中正负离子缺位引起的缺陷。已获得激光工作的色心主要有、F_A(Ⅱ)、F_B(Ⅱ)、()_A、()_* 等，属四能级工作，由于晶格振动的影响而有很宽的荧光线宽。色心激光器调谐范围宽(0.6～3.65微米)、线宽窄，但大都只能在低温下工作。

可调谐高压气体激光器

CO₂激光器是研究得最多的一种红外可调谐激光器。当激光器内的压力增加时，由于碰撞加宽，CO₂分子的振动-转动能级中的支线都加宽以致重叠，因而获得连续调谐的性能。高压CO₂激光器已实现9～12.5微米的宽带可调谐输出。

可调谐准分子激光器

准分子是一种在激发态复合成分子、在基态离解成原子的不稳定碲合物。由其能级示意图（图4）可以看出，对应于核间距为R₀的基态分子是极不稳定的，会很快分解成独立的原子。因此，在R₀附近，激发态与基态之间很容易建立起粒子数反转而产生激光振荡。准分子激光器已实现了紫外波长可调谐输出。

参考书目

1. A.Mocradiun et al.， eds.， Tunable　Lasers and Applications， Springer-Verlag， New York，1976.

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可调谐激光器百科介绍

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