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深度解讀

迅速發(fā)展的激光技術,激光譜線越來越豐富,和大能量激光器的誕生

激光制造網 來源:科技未來嗅mp2023-04-26 我要評論(0 )   

據悉,第一臺激光器只能輸出波長為6943埃的激光。實際應用當然希望能有許多種輸出各種波長的激光器供選擇使用,甚至希望激光器象收音機一樣,可以調諧。在1958-1959年許...

據悉,第一臺激光器只能輸出波長為6943埃的激光。實際應用當然希望能有許多種輸出各種波長的激光器供選擇使用,甚至希望激光器象收音機一樣,可以調諧。在1958-1959年許多人提出激光器設計方案時,就已經設想了幾種工作物質。激光器問世以后,很快就形成一個普查激光工作物質的熱潮。六十年代前半期,就涌現(xiàn)出各種物態(tài)的上百種工作物質,上千條激光譜線。



二十多年來,研制出的激光器種類數以干計,通過選擇和淘汰,現(xiàn)在保留下來的性能良好、真正有用的器件有幾十種。到1962年底,固體激光工作物質的普查基本結束,其中最重要的是釹離子的發(fā)現(xiàn)。這種離子摻在晶體和玻璃中可構成很有效的工作物質。敏玻璃激光器1961年11月由斯尼澤研制成功,這是一種大功率脈沖器件,目前主要用于激光核聚變。1964年4月范尤特制成的紀鋁石榴石激光器,應用很廣,是唯一能在室溫下連續(xù)運行的固體器件,輸出功率也較大。



兩者的輸出波長都是1.06微米。繼1960年底遠紅外波段的氫氛激光器之后,1962年6月研制出產生6328埃的氦氛激光器,它的單色性、方向性和穩(wěn)定性都很好,而且輸出的是可見光,引起人們的很大興趣。約從1962年起,氣體工作物質的普查工作活躍起來。惰性氣體氬、氪、氙以及許多金屬蒸汽激光器相繼問世。采用1963年秋貝爾實驗室研制成汞離子激光器所提出的新的放電方式,氬離子激光器于1964年問世,由于它能連續(xù)高功率輸出在水中有良好穿透性能的綠光,特別受到重視。



此外,1964年夏,佩特耳研制成功的在10.6微米處工作的二氧化碳激光器,由于輸出大能量和大功率而獲得極迅速的發(fā)展。半導體作為激光工作物質的可能性問題重受到關注,1962年9月美國的霍爾首先報道在0.9微米波長處工作的神化像半導體激光器研制成功,但由于其方向性和單色性較差,壽命短,而且工作條件苛刻,未能獲得實際應用。直到1970年貝爾實驗室的林嚴雄等人研制成功異質結砷化綜激光器,才使半導體激光器發(fā)展到一個新階段。



這種激光器連續(xù)工作,輸出波長為0.85微米,正好對應于當時制成的低損耗光導纖維的最小損耗波長。從此,半導體激光器作為激光通信的光源,不斷得到改進,現(xiàn)在壽命已超過千萬小時。六十年代前期的激光器都只能輸出分立譜線的激光。激光的可調諧性是在1966年索洛金等人研制成功兩種液體染料激光器后獲得的。激光輸出的可調諧性對光譜學、非線性光學、光通信,同位素分離等許多科學技術領域有重要意義,因此多種可調請激光器發(fā)展了起來。半導體激光器也具有可調諧的性質。



1970年巴索夫研制成功第一臺準分子激光器,這種集“脈沖功率技術”、“原子—分子光譜技術”和“激光技術”之大成而出現(xiàn)的準分子激光器,輸出的波長可在繁外和真空紫外波段調諧,準分子激光器現(xiàn)已發(fā)展到很高水平,它們可以高重復率工作,而且一個脈沖能輸出102焦耳以上的能量。為了得到新的激光譜線,科學家們除繼續(xù)探索新的激光工作物質外,還利用了倍頻、和頻、差頻、參量振蕩等非線性光學方法,大大擴展了激光覆蓋的電磁波譜區(qū)域。到1982年,激光輸出的最短和最長的波長已分別達到335埃和2650毫米。



現(xiàn)在,已有的激光器已基本上能滿足科學技術對激光譜線的需要,不過,也仍然期待著新的激光系統(tǒng)提供具有特殊性能的相干光。例如,現(xiàn)在還沒有能夠在可見光區(qū)域產生較大功率的激光器,基礎科學的研究也還需要波長更短的激光器。因此,激光工作者們還在努力研制新的激光器,向長和短兩個方向開拓。激光極高的亮度,使軍事部門注意到實現(xiàn)“死光武器”的可能性。主要在軍方的資助下,大能量激光器件獲得迅速發(fā)展。最初人們著眼于固體器件,這是由于慮到輸出能量大,勢必需要原子密度大。



不過,固體激光器受工作物質制備尺寸的限制,而且摻雜均勻性和光學優(yōu)質也因大尺寸而遇到困難,同時,熱損壞和排熱的困難也難以解決。雖然玻璃激光器要好些,但也不能根本解決問題,而且效率很低。出乎人們的意料,1964年佩特耳研制出高效率的二氧化碳激光器有較大的能量輸出。1966年二氧化碳激光器輸出功率達1000瓦;1969年將縱向流動的二氧化碳改為橫向流動,功率提高到每米2000瓦以上;1968年出現(xiàn)的氣動二氧化碳激光器,連續(xù)輸出功率高達60千瓦。



但氣體器件,繼續(xù)提高大能量輸出也由于排熱困難而受到限制?;瘜W激光器 的研制是發(fā)展大能量激光器的另一有效途徑,1964年卡斯被和皮門托耳用閃光光解法得到了在1.30微米處工作的第一臺化學激光器。但直到1969年由于三項研究——Tal'roze等人關于放電引發(fā)化學反應的化學激光器的研究,斯潘塞等人關于超聲混合連續(xù)波化學激光器和庫爾等人關于“純化學”轉移的化學激光器的研究之后,化學激光器開始得到深入的發(fā)展?;瘜W激光器由于它的效率高,而且有可能不依靠電網供電而避開了能源的限制,所以在大能量器件上,比固體、氣體器件更加吸引人。

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