《2022年2022年激光原理与激光器件课程设计报告 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年2022年激光原理与激光器件课程设计报告 .pdf（24页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、激光原理与激光器件课程设计报告激光器种类及其用途介绍摘要电子科学与技术专业主要以光学为主，特别是激光的学习尤为重要。 激光技术作为先进制造业的一个重要组成部分，是我国“十一五” 期间重点发展的一个主导产业。随着固体激光、气体激光、半导体激光、准分子激光、染料激光、光纤激光、飞秒激光、随机激光等器件的发展，促进了激光技术在科学研究、工业加工、医疗、生命科学、检测、通信、自动控制、信息存储、全息技术、光源等领域的广泛应用。 做为一个专业知识以激光为主的学生，应该系统的学习激光有关的理论知识， 充分的去了解激光用途， 本文主要介绍激光的电源构造、激光的种类及其不同激光器的参数， 重点介绍了不同激光器
2、的用途， 另外还介绍了激光器的发展前景。文章最后总结了本次课程设计的心得体会。关键词：光学激光全息技术用途一、 认识激光1、什么是激光激光是光受激辐射的产物， 产生激光首先要有激活介质， 另外还要有外界激励源，在外界激励源（如外来光）的激励下，产生激光的高能级原子会跃迁到低能级上，根据能量守恒可知， 这时从高能级跃迁的低能级的原子将会释放一个和外来光子完全相同的光子， 只要选择的激活介质合适， 光子在激活介质中将会形成光放大， 形成了产生激光的必要条件。其实激光是在光学谐振腔中产生的，光学谐振腔可以增加激活介质的长度，谐振腔由前后两块反射率不同的反射镜构成，一前镜的反射镜的反射率我90%，后反
3、射镜的反射率我100%，般在两个反射镜间放置工作物质（激活介质） ，只要光学谐振腔里的光子积累到一定程度，前镜将发出光，我们把这种方向性好，相干性好和亮度高的光叫激光。2、产生激光的条件（1） 、有提供放大作用的增益介质作为激光工作物质，其激活粒子（原子、分子或离子）有适合于产生受激辐射的能级结构；（2） 、有外界激励源， 将下能级的粒子抽运到上能级，使激光上下能级之间产生粒子数反转；（3） 、有光学谐振腔，增长激活介质的工作长度，控制光束的传播方向，选择被放大的受激辐射光频率以提高单色性。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - -
4、 - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 24 页 - - - - - - - - - 特别要注意的是， 光的传播方向要严格的垂直两放射镜的表面，这样才能减少光的损失，才会形成激光。二、激光的电源介绍每一种类型的激光器都需要研制专门的电源，以便用最小损耗来泵浦激光工作物质，保证获得所要求的辐射参量。为了设计电源电路， 必须研究激光器的工作原理、电学特性 (点火电压、正常工作电压和工作电流)，同时考虑把激光器作为负载接入电路时，对电路的制约。氦氖激光器电源的结构图.输入调压器升压器稳流升压器（硅堆）滤波电路限流电阻开关保险管+-0.22F0.22 F4.7nF4.7nF
5、D1D2D3D4激光激光器插头各部分的功能说明：调整输入电压模块：由于室电不一定稳定在220V，该模块用于是输入电压稳定在某一个设定的特定值。变压器：由于激光器需要很高的电压驱动，这里的变压器用于升压， 将输入的电压值升高。滤波电路：将电容和电阻并联就可以组成滤波电路，降低输出电压中的脉动成分，保留其中的直流成分。多倍整流电路： 倍压整流电路多用于电流小而电压较高场合，这里的多倍整流电路起到升高电压和整流的作用，一举两得。其原理 3 倍压整流原理说明： 三倍压整流电路如图， 在 u2 的第一个半周时，u2 的极性是上正下负（即a端为正， b 端为负） ，D1 在正向电压作用下导通，此时电容 C
6、1 充电后的电压约等于u2 的最大值2 U2（u2 为变压器次级绕 .组感应的交流电压， U2 为次级交流电压有效值） 。在第二个半周， u2 的极性反过来 （a 端为负、b 端为正） ， D1 截止、D2 导通，电压 U2 加上 C1 上的2 U2 向电容 C2 充电，C2 充电后的电压约为22 U2。在第三个半周时， U2 的极性又是 a 端为正， b 端为负，D1 又导通，已充电到22U2 的 C2 上的电压加到 e、d 两点使 D2 截止，但 D3 导通，于是电容 C3 就被充电到与 C2 一样高的电压22 U2。若负载接在 a、b 两端，就可获得三倍压（ 32U2）的直流输出电压。每
7、只二极管承受的最大反向电压为22 U2，电容 C1、C2 和 C3 承受的电压分别为 2U2、22 U2 和 22 U2。根据相同的道理，可以组成n（多）倍压整流电路。当n 为奇数时，输出电压从下端的相应两点（ B、C）取出；当 n 为偶数时，输出电压从上端相应两点名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 24 页 - - - - - - - - - （A、D）取出。输出直流电压的平均值， 空载时为 n2 U2，负载时为 n1.2U2。电容 C1 上的电压为 U2，
8、其余电容上的电压均为22U2，每个整流元件承受的反向电压都是 22 U2。大电阻：大电阻起到限流保护电路的作用，用陶瓷制成，耐高温，可在较高功率下使用。三、激光器的种类介绍实际应用的激光器种类很多， 如以组成激光器的工作物质来说可分为气体激光器、液体激光器、固定激光器、半导体激光器、化学激光器等。在同一类型的激光器中又包括有许多不同材料的激光器。下面主要介绍比较常见的激光器。（一）固体激光器实现激光的核心主要是激光器中可以实现粒子数反转的激光工作物质（即含有亚稳态能级的工作物质） 。如工作物质为晶体状的或者玻璃的激光器，分别称为晶体激光器和玻璃激光器，通常把这两类激光器统称为固体激光器。1、固
9、体激光器的结构介绍当今用于固体激光器的物质主要有三种：掺钕铝石榴石（Nd：YAG）工作物质，输出的波长为1.06m 呈白蓝色光；钕玻璃工作物质，输出波长1.06m呈紫蓝色光；红宝石工作物质，输出波长为694.3nm，为红色光。主要用光泵的作用，产生光放大，发出激光，即光激励工作物质。固体激光器主要由工作物质、泵浦系统、聚光系统、光学谐振腔及冷却与滤光系统等五个部分组成（1） 、工作物质工作物质激光器的核心，是由激活粒子和基质两部分组成，激活粒子的能级结构决定了激光的光谱特性和荧光寿命等激光特性，基质主要决定了工作物质的理化性质。根据激活粒子的能级结构形式， 可分为三能级系统与四能级系统。工作物
10、质的形状目前常用的主要有四种：圆柱形、平板形、圆盘形及管状（2）泵浦系统泵浦源能够提供能量使工作物质中上下能级间的粒子数翻转，目前主要采用光泵浦。泵浦光源需要满足两个基本条件：有很高的发光效率和辐射光的光谱特性应与工作物质的吸收光谱相匹配。常用的泵浦源主要有惰性气体放电灯、太名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 24 页 - - - - - - - - - 阳能及二极管激光器。 其中惰性气体放电灯是当前最常用的，二极管 (LD) 泵浦是目前固体激光器的发展方向。
11、（3）聚光系统聚光腔的作用有两个： 一个是将泵浦源与工作物质有效的耦合；另一个是决定激光物质上泵浦光密度的分布，从而影响到输出光束的均匀性、发散度和光学畸变。工作物质和泵浦源都安装在聚光腔内，因此聚光腔的优劣直接影响泵浦的效率及工作性能。（4）光学谐振腔光学谐振腔由全反射镜和部分反射镜组成，是固体激光器的重要组成部分。光学谐振腔除了提供光学正反馈维持激光持续振荡以形成受激发射，还对振荡光束的方向和频率进行限制，以保证输出激光的高单色性和高定向性。5) 冷却与滤光系统冷却与滤光系统是激光器必不可少的辅助装置。固体激光器工作时会产生比较严重的热效应， 所以通常都要采取冷却措施。 主要是对激光工作物
12、质、 泵浦系统和聚光腔进行冷却， 以保证激光器的正常使用及器材的保护。冷却方法有液体冷却、气体冷却和传导冷却，但目前使用最广泛的是液体冷却方法。2、典型固体激光器介绍（1） 红宝石激光器（Cr 3+ : Al 2 O3 ）红宝石是由蓝宝石（Al2O3 ）中掺入少量的氧化铬（Cr3O2）而形成。红宝石激光器的工作物质是Cr 3+ : Al2O3 ， 其中，Al2O3 作为基质晶体，Cr 3+ 是发光的激活粒子， 光谱特性与Cr3+ 的能级结构有关， 它是三能级系统。 在室温情况下，红宝石激光器一般输出694.3nm 的红光。工作物质： Cr 3+ : Al2O3，Al2O3 作为基质晶体， Cr
13、3+是发光的激活粒子泵浦方式： 用氙灯照射能级结构：红宝石晶体中原来处于基态E1 的粒子，吸收了氙灯发射的光子而被激发到 E3 能级。输出波长：694.3nm （红光）主要用途：波长 694nm 的激光能被黑色素选择性吸收，而血红蛋白对该波长几乎不吸收，调 Q 脉冲红宝石激光被黑色素选择性吸收的特性使其成为去除纹身最好的激光器。与2CO对组织灼烧炭化的治疗机理不同，调Q 脉冲高能量瞬间作用于皮损部位使色素团块被击碎成为细小的颗粒，细小的色素颗粒通过人体自身免疫系统被巨嗜细胞吞噬， 从而达到治疗目的， 因此红宝石治疗色素病变不会产生疤痕，是一种安全有效的治疗手段。我国天津大学研制的TD-98 型
14、调 Q 红宝石激名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 24 页 - - - - - - - - - 光治疗仪，激光脉冲小于30ns，输出峰值功率可达100 兆瓦。可以治疗各种色素病变，尤其是治疗纹身和胎记的效果非常好。非调Q 红宝石激光去除毛发具有良好的疗效，尤其在欧美用激光去除毛发受到重视。1997 年美国 FDA 已批准几种以红宝石激光为基础的系统用于去毛发应用。Cr3+ 的能级结构：注意事项：红宝石激光器的有一些非常突出的优点：机械强度好， 高功率密度，
15、大尺寸晶体，亚稳态寿命长，高能量单模输出。当然也有一些很明显的缺点：阈值高，温度效应明显。所以只能在低温下连续与高重复率运行。（2）掺钕钇铝石榴石激光器Nd 3+ : YAG 激光器是迄今为止使用最为广泛的固体激光器。在固体基质中掺入了激活粒子Nd 3+ ，基质钇铝石榴石（英文缩写为YAG） 具有优良的光学、力学和热学性能，是目前能在室温下连续工作的唯一实用的固体工作物质。在室温下， Nd 3+ : YAG 一般输出的激光波长为1.064 m。工作物质：激活粒子 Nd 3+泵浦方式：光照输出光波： 1.064 m主要用途： 1、激光元件加工 : 片状， 方柱， 圆棒， 布儒斯特角端面等，可按用
16、户要求加工镀膜 : 2、不同波长的Nd:YAG 激光器采用连续、脉冲等方式工作使激光与不同部位的生物组织相互作用，可以获得良好的疗效。医用Nd:YAG 激光器在外科手术、眼科、牙科、口腔科、耳鼻喉科、皮肤科、美容等方面应用广泛，特别是治疗皮肤色素性疾病，有创伤小、愈合好、无疤痕等独特优点。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 24 页 - - - - - - - - - Nd 3+ : YAG 的能级结构：结构示意图：高压充电电源激光工作物质激光源聚光腔谐振腔反
17、射镜（部分反射）谐振腔反射镜（全反射）储能电容脉冲氙灯触发电路注意事项：YAG 能级结构Nd 3+ : YAG 激光器几乎没有什么缺点， 突出优点是阈值低和优良的热学性能。目前对 Nd 3+ : YAG 的应用远超过其他固体工作物质（3） 掺铒钇铝石榴石激光器（ Er:YAG）Er : YAG 激光器的出现是激光在医疗领域的一大突破。它的基本结构与Nd 3+ : YAG 激光器基本结构相似，通常采用脉冲氙灯泵浦，聚光腔为镀银的单椭名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页
18、，共 24 页 - - - - - - - - - 圆柱腔或双椭圆柱腔，但是其光学元件必须与水蒸气隔离（不隔离激光束将破坏） ，因此需要将激光器密闭在干燥的容器之中。其输出的波长为2.94 m。现今， Er : YAG 激光器的最大平均功率已达到3W，最大脉冲输出已达到 5J，是迄今为止输出功率最大、效率最好的长波长固体激光器；工作物质：泵浦方式：脉冲氙灯泵浦输出光波： 2.94 m主要用途：Er:YAG 激光输出 294 m 的波长，正好与水吸收光谱的峰值吻合，吸收系数为 13000cm-1，在现有医疗激光器中为最高。 此吸收系数对应的光学穿透深度为 1m，相比于其他医疗用激光器而言，穿透深
19、度非常浅，因此十分适合用在眼科、血管等精密医疗领域。此外，由于Er:YAG 激光对含水组织的破坏属于水蒸发所引起的机械损伤， 不会留下灼伤疤痕， 也不会存在类似准分子激光器对细胞 DNA 的破坏从而导致基因变异的潜在危险，因此是非常安全实用的医疗用激光光源。Er : YAG 的能级结构：（4） 、可调谐固体激光器可调谐固体激光器的出现可以说是固体激光器的重大发展。它是指在一定范围内，可以连续改变输出波长的固体激光器。我们可以将它分为两： 一类是色心激光器，一类是用掺过渡族金属离子的激光晶体制作的可调谐激光器。色心是晶体中正负离子缺位引起的缺陷。色心激光器的阈值较低， 容易实现单模运转， 并且光
20、束质量好，特别是调谐范围覆盖0.83.9 m。工作物质： 正负离子或过渡族金属离子泵浦方式：光照输出光波： 0.83.9 m名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 24 页 - - - - - - - - - 主要用途：国防应用：快速信息获取和传递目标指示/测距，激光雷达（成像） ，跟踪 /信标，陆海空天通讯 武器精确控制激光制导，激光引信，激光干扰/光电对抗，激光硬杀伤；天文应用：自适应光学信标空间探测；能源应用：激光惯性约束聚变（IFE）电站；激光投影显、示大
21、屏幕激光显示等。（二）气体激光器气体激光器分为原子气体激光器、离子气体激光器、 分子气体激光器和准分子激光器。 它们工作在很宽的波长范围，从真空紫外到远红外， 既可以连续方式工作，也可以脉冲方式工作。（1）原子气体激光器包括各种惰性气体激光器和各种金属蒸气激光器，如氦氖激光器和铜蒸气激光器。其中氦氖激光器是最早研究成功的，并且仍在普遍使用。 它的工作物质是混有氦的氖。在这种混合气体中放电，部分氦原子被激发到亚稳激发态21S 或23S。这部分氦原子与基态氖原子碰撞时，能导致能量转移激发，使氖原子处于激发能级上， 从而实现氖原子的粒子数反转分布。氖原子在谐振腔中通过受激发射过程主要发出三个波长（3
22、.39 微米， 1.15 微米和 6328 埃）的激光。氦氖激光器输出的激光功率只有几毫瓦到100 毫瓦，效率约为0.1。但是，氦氖激光器具有单色性好、方向性强、使用简便、结构紧凑坚固等优点，因而在精密测量、准直和测距中得到广泛的应用。激光器名称：氦氖激光器工作物质：氖原子泵浦方式：电刺激能级结构：四能级系统输出光波：它可以在可见光区及红外区中产生多种波长和激光谱线，主要产生的有632.8nm 红光、和 1.15m 及 3.39m 红外光。 632.8nmHe-Ne激光器最大连续输出功率可达到1W，寿命也达到 10Kh 以上。借助调节放大电流大小，使功率稳定性达到 30 秒内的误差为 0.00
23、5， 十分钟内的误差为0.015的功率稳定度；发散角仅为 0.5 毫弧度。 He-Ne 激光器除了具有一般的气体激光器所固有的方向性好，单色性好，相干性强诸优点外，还具有结构简单、寿命长、价廉、频率稳定等特点。 He-Ne 激光在精确指示，激光测量，医疗卫生方面有很广泛的用途。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 24 页 - - - - - - - - - 主要用途：在瓜果照射的应用机理，激光作为一种在生物机体上引起刺激、变异、烧灼、汽化等效应的手段，农业的实
24、际应用上取得了良好效果。可以应用于测量、激光照排、激光治疗He 的能级结构：结构示意图：工作原理介绍：He-Ne 激光器结构大体可分为三部分，既放电管、谐振腔和激发的电源。现在临床上最常应用的为内腔式He-Ne 激光器的激光放电管内的气体在涌有一定高的电压及电流（在电场作用下气体放电），放电管中的电子就会由负极以高速向正极运动。在运动中与工作物质内的氦原子进行碰撞，电子的能量传给原子，促使原子的能量提高， 基态原子跃迁到高能级的激发态。这时如有基态氖原子与两能级上的氦原子相碰， 氦原子的能量传递给氖原子， 并从基态跃迁到激发的能名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - -
25、- - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 24 页 - - - - - - - - - 级状态，而氦原子回到了基态上。 因为放电管上所加的电压， 电流连续不断供给，原子不断地发生碰撞。 这就产生了激光必须具备的基本条件。 在发生受激辐射时，分别发出波长 3.39m， 632.8nm， 1.53m 三种激光，而这三种激光中除632.8nm为可见光中的红外光外， 另二种是红外区的辐射光。 因反射镜的反射率不同， 只输出一种较长的光波632.8nm的激光。He-Ne 激光的放电管，最外层是用硬质玻璃制成。放电的内管直径约23mm，管长几
26、厘米到十几厘米，放电管越长功率越大，相应的放电电压就高。管内主要按 5：110：1 的比例充入氦氖混合气体达到总气压约2.663.99Pa。管的一端装有铝圆筒作阴极（其圆管状结构主要是为了减少放电测射），另一端装有钨针作阳极， 放电管两端装有反射镜 （即一头为全反射镜， 出光一端为半反射镜） 。这就构成了激光放电管。在 He-Ne 激光器中，采用的谐振腔有球面腔或平凹腔。一般腔镜内侧镀有高反射率的介质。在其中一端反射率为100，另一端反射率由激光器的增益而定。放电毛细管长度约1520cm，He-Ne 激光器的半反射镜的半反射镜的反射率 98.599.5。谐振腔的轴线和放电毛细管He-Ne 激光
27、器的外界激励能源与固体激光器不相同， 不能使用光泵激励， 而采用电激励的方法。 把工作物质封入放电管中， 供以直流、 交流及射频等方式激励气体放电。通过放电过程把能量传给工作物质， 促使气体中的离子、 原子被激发。 医疗中使用的激励方法主要是以直流电激发出光。 大体结构主要有高压变压器、整流与滤波回路、 限流与稳流回路组成。（2）离子气体激光器在惰性气体和金属蒸气的离子的电子态能级之间建立粒子数反转，其激光波长大多在紫外和可见光区域， 输出激光功率较大。 典型的离子激光器有氩离子激光器、氪离子激光器和氦镉激光器等。应用最多的是氩离子激光器。它可以产生多条波长的激光， 其中最强的是 4480 埃
28、和 5145埃。连续输出激光功率为几百毫瓦至几百瓦，效率很低，约为0.1。激光器名称： 氩离子激光器工作物质： 氩气（ Ar+） ，原子序数 18，电子结构式1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 激光波长：具有多个波长，457.9 nm (8%)，476.5 nm (12%)，488.0 nm (20%)，496.5 nm (12%)， 501.7 nm (5%)， 514.5 nm (43%) （由蓝光到绿光）。488.0nm，514.5nm（蓝绿光）输出功率： 是目前在可见光区连续输出功率最高的激光器（几瓦到几十瓦，高者可达一百多瓦）泵浦方式：高压电激名师资料总结 - - -精品资料欢迎
29、下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 24 页 - - - - - - - - - 能级结构：四能级输出光波：氩离子激光器可以有35 条以上谱线，其中 25 条是波长在 408.9686.1 纳米范围的可见光， 10 条以上是275363.8 纳米范围的紫外辐射，并以488.0 纳米和 514.5纳米的两条谱线为最强，连续输出功率可达100 瓦。主要用途：氩离子激光器的主要应用领域包括眼疾治疗、血细胞计数、平版印刷及作为染料激光器的泵浦源。Ar+ 的能级结构：（3）分子气体激光器工作物质是中性分
30、子气体，如氮、一氧化碳、二氧化碳、水蒸汽等。波长范围很广，从真空紫外、可见光到远红外。其中以二氧化碳激光器最为重要，其特点是效率高，大约在1025范围内，可以获得很高激光功率，连续输出功率高达万瓦， 脉冲器件输出可达万焦耳每脉冲级。这种激光器工作在以9.4 微米和 10.4 微米为中心的多条分子振转光谱线上。激光器名称： CO2 激光器工作物质： CO2 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 24 页 - - - - - - - - - 泵浦方式：高压电激能级
31、结构： 4 能级结构输出光波： CO2 激光器效率高， 不造成工作介质损害， 发射出 10.6m 波长的不可见激光， 是一种比较理想的激光器。 按气体的工作形式可分封闭式及循环式，按激励方式分电激励，化学激励，热激励，光激励与核激励等。主要用途：二氧化碳激光器分为普通低气压封离型激光器、横向和纵向气体循环流动型激光器、横向大气压和高气压连续调谐激光器、气动激光器和波导激光器等。这些激光器可用于加工和处理（如焊接、切割和热处理）、光通信、测距、同位素分离和高温等离子体研究等方面。其中波导二氧化碳激光器是一种结构紧凑、增益高和可调谐的激光器，特别适用于激光通信和高分辨光谱学。CO2 激光治疗外伤性
32、面部瘢痕1、色素沉着的问题：对于这个问题可以选择色素类的激光及强脉冲光来进行治疗，或者是现在较流行的点阵激光也可以（只是要注意它只是用于陈旧性的瘢痕色素的问题起作用，对新鲜瘢痕不建议使用）。在治疗时应该根据瘢痕表面的色素的深浅（指瘢痕表面色素细胞的多少以及色素所在瘢痕的层次的深浅） 、形成色素的时间长短来选择治疗参数，特别是强脉冲光的参数设置上应该选择脉宽、波长较短有利于色素细胞吸收的治疗参数，以免造成新的色素沉着，甚至新的瘢痕。2、瘢痕表面凹凸不平的问题：针对这个问题的解决首选应该是激光磨削。用于激光磨削的仪器目前有新型的超脉冲CO2 激光和铒激光，当然点阵激光严格来说也应该属于这一类激光，
33、只是说相对而言它的损伤较小、恢复较快。作用机理上新型高能超脉冲CO2 激光和铒激光它们采用高峰值短脉冲技术，能使激光在整个短脉冲期保持高峰值能量，可在瞬间准确地汽化瘢痕组织，且其作用于瘢痕组织的时间短于向周围组织的热弛豫时间，因此可最大限度地减少组织热损伤这是从根本上不同于以往的普通CO2 激光。超脉冲 CO2 激光和铒激光对真皮的热作用还能引起真皮胶原收缩、再生和重塑， 从某种角度上说激光对瘢痕的磨削治疗可以使瘢痕在创伤后会向更好的方向上发展。3、瘢痕外伤性的问题：这主要是见于皮肤搽伤及煤炭等异物经爆炸所形成的外伤性文身，针对这个问题主要是运用Q 开关 Nd:YAG 激光来治疗，病变位置比较
34、深，病变体积较大的皮损可以配合超脉冲CO2 激光及手术进行治疗。激光治疗原理同于色素激光对太田痣等的治疗原理。4、普通外科缝合后遗留的针眼瘢痕的问题：可以采用激光磨削的方式就可以完全解决了针眼的问题， 至于中间瘢痕的问题要看情况有没有必要手术了。对名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 24 页 - - - - - - - - - 于新鲜的伤口建议尽快进行激光治疗以及必要的NA 物治疗，让针眼瘢痕消失在萌芽状态。CO2 激光器的结构： CO2 激光器与其它分子激
35、光器一样，CO2 激光器工作原理其受激发射过程也较复杂。分子有三种不同的运动，即分子里电子的运动，其运动决定了分子的电子能态； 二是分子里的原子振动， 即分子里原子围绕其平衡位置不停地作周期性振动并决定于分子的振动能态；三是分子转动， 即分子为一整体在空间连续地旋转， 分子的这种运动决定了分子的转动能态。分子运动极其复杂，因而能级也很复杂。CO2 分子为线性对称分子，两个氧原子分别在碳原子的两侧， 所表示的是原子的平衡位置。 分子里的各原子始终运动着，要绕其平衡位置不停地振动。根据分子振动理论，CO2 有三种不同的振动方式：二个氧原子沿分子轴， 向相反方向振动， 即两个氧在振动中同时达到振动的
36、最大值和平衡值，而此时分子中的碳原子静止不动，因而其振动被叫做对称振动。两个氧原子在垂直于分子轴的方向振动，且振动方向相同， 而碳原子则向相反的方向垂直于分子轴振动。 由于三个原子的振动是同步的，又称为变形振动。 三个原子沿对称轴振动， 其中碳原子的振动方向与两个氧原子相反，又叫反对称振动能。在这三种不同的振动方式中，确定了有不同组别的能级。CO2 激光器中，主要的工作物质由CO2，氮气，氦气三种气体组成。其中CO2 是产生激光辐射的气体、氮气及氦气为辅助性气体。加入其中的氦，可以加速 010 能级热弛预过程， 因此有利于激光能级100及 020的抽空。氮气加入主要在 CO2 激光器中起能量传
37、递作用， 为 CO2 激光上能级粒子数的积累与大功率高效率的激光输出起到强有力的作用。CO2 激光器的放电管中，通常输入几十mA 或几百 mA 的直流电流。放电时，放电管中的混合气体内的氮分子由于受到电子的撞击而被激发起来。这时受到激发的氮分子便和CO2 分子发生碰撞， N2 分子把自己的能量传递给CO2 分子，CO2 分子从低能级跃迁到高能级上形成粒子数反转发出激光。CO2 激光器结构组成为：激光管：是激光机中最关键的部件。常用硬质玻璃制成，一般采用层套筒式结构。最里面一层是放电管，第2 层为水冷套管，最外一层为储气管。 CO2 激光器放电管直径比He-Ne 激光管粗。放电管的粗细一般来说对
38、输出功率没有影响， 主要考虑到光斑大小所引起的衍射效应，应根据管长而定。管长的粗一点，管短的细一点。放电管长度与输出功率成正比。在一定的长度范围内， 每米放电管长度输出的功率随总长度而增加。加水冷套的目的是冷却工作气体， 使输出功率稳定。 放电管在两端都与储气管连接，即储气管的一端有一小孔与放电管相通， 另一端经过螺旋形回气管与放电管相通，这样就可使气体在放电管中与储气管中循环流动，放电管中的气体随时交换。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 24 页 - -
39、 - - - - - - - 结构示意图：注意事项：分子气体激光器与原子气体激光器不一样，分子气体由碳和氧组成（最常用），其原则上是能够实现高效率与高功率输出。分子气体激光器通过分子能级间的跃迁产生激发振荡的一和种激光器，分子能级跃迁形式与原子能级跃迁相同。只不过是工作物质为分子与原子的差别。（4）准分子激光器第一台准分子激光器于1970 年诞生，它利用强电子束激励液态氙，获得氙准分子的激射作用，激光波长为1720 埃。随后，气相氙分子以及其它稀有气体准分子，稀有气体氧化物准分子（氧化氪、氧化氙、氧化氩等），金属蒸气 -稀有气体准分子（氙化钠等）；稀有气体单卤化物准分子（氟化氙、氟化氩、氟化氪
40、、氯化氙、溴化氙、碘化氙、氯化氪等） ，金属卤化物准分子（氯化汞、溴化汞等）和金属准分子（钠准分子等）陆续诞生。准分子激光物质具有低能态的排斥性，可以把它有效地抽空，故无低态吸收与能量亏损，粒子数反转很容易，增益大，转换效率高，重复率高，辐射波长短，主要在紫外和真空紫外（少数延伸至可见光）区域振荡，调谐范围较宽。它在分离同位素，紫外光化学，激光光谱学，快速摄影，高分辨率全息术， 激光武器，物质结构研究， 光通信，遥感，集成光学，非线性光学， 农业，医学，生物学以及泵浦可调谐染料激光器等方面已获得比较广泛的应用，而且可望发展成为用于核聚变的激光器件。主要用途：在医学领域中使用的激光器种类非常多，
41、常用于眼科治疗的主要有红宝石(rudy)激光、氩离子 (Ar+)激光、氪离子 (Kr+)、染料 (dye)激光、掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)激光和氟化氩 (ArF)准分子激光等固体、气体和液体的激光器，用连续的、脉冲的和调Q 的方式，治疗眼底部色素膜和屈光间质等部位的数十种有关眼部疾病。眼科使用的准分子激光，是以氩气 (Argon) 和氟气( Fluoride) 为工作气体产生的激光。所谓准分子激光，是指受激二聚体（惰性气体和卤素两种元素）所产名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - -
42、 - 第 14 页，共 24 页 - - - - - - - - - 生的激光，波长范围为157353nm，所属紫外激光波段。现在用于临床的氟化氩(ArF)混合物产生的波长为193nm 的超紫外冷激光 .。波长为 193nm 的 ArF 准分子激光，进行屈光手术的机理就是光化学效应。准分子激光单个光子的能量大约是6.4eV，而角膜组织中肽键与碳分子键的结合能量仅为 3.6eV。当其高能量的光子照射到角膜，直接将组织内的分子键打断，导致角膜组织碎裂而达到消融切割组织的目的，并且由于准分子激光脉宽短（1020nm） ，又是光化学效应切除。因此，对切除周围组织的机械损伤和热损伤极小（ 0.30m）
43、。用这种刀施行光切术，其切割精度可达到m 级，其刀口损伤范围仅达nm级，而且由于无热效应而不会损伤邻近组织。所以现已运用于角膜手术， 如角膜屈光手术、角膜疤痕去除等。（三）半导体激光器半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的一类激光器，由于物质结构上的差异，产生激光的具体过程比较特殊。常用材料有砷化镓（GaAs） 、硫化镉（CdS） 、磷化铟 (InP)、硫化锌 (ZnS)等。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。半导体激光器件，可分为同质结、单异质结、双异质结等几种。同质结激光器和单异质结激光器室温时多为脉冲器件，而双异质结激光器室温时可实现连续工作。半导体激光（ Semicondu
44、ctor laser ）在 1962 年被成功激发，在 1970 年实现室温下连续输出。 后来经过改良， 开发出双异质接合型激光及条纹型构造的激光二极管（Laser diode ）等，广泛使用于光纤通信、光盘、激光打印机、激光扫描器、激光指示器（激光笔） ，是目前生产量最大的激光器。激光二极体的优点是效率高、 体积小、重量轻且价格低。 尤其是多重量子井型的效率有 2040%，P-N 型也达到数 %25%，总而言之能量效率高是其最大特色。另外，它的连续输出波长涵盖了红外线到可见光范围，而光脉冲输出达 50W（带宽 100ns）等级的产品也已商业化，作为激光雷达或激发光源可说是非常容易使用的激光的
45、例子。半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生受激发射作用的器件.其工作原理是，通过一定的激励方式，在半导体物质的能带（导带与价带）之间，或者半导体物质的能带与杂质（受主或施主）能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转， 当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用 .半导体激光器的激励方式主要有三种，即电注入式，光泵式和高能电子束激励式 .电注入式半导体激光器，一般是由GaAS(砷化镓 )，InAS（砷化铟），Insb（锑化铟）等材料制成的半导体面结型二极管，沿正向偏压注入电流进行激名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - -
46、- - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 24 页 - - - - - - - - - 励，在结平面区域产生受激发射.光泵式半导体激光器，一般用N 型或 P 型半导体单晶（如 GaAS，InAs，InSb 等）做工作物质，以其他激光器发出的激光作光泵激励 .高能电子束激励式半导体激光器，一般也是用N 型或者 P 型半导体单晶(如 PbS，CdS，ZhO 等)做工作物质，通过由外部注入高能电子束进行激励.在半导体激光器件中，目前性能较好，应用较广的是具有双异质结构的电注入式GaAs二极管激光器 . 半导体激光器的参数 ：（1）波长：即激光管工作波长，
47、目前可作光电开关用的激光管波长有635nm、650nm、670nm、激光二极管 690nm、780nm、810nm、860nm、980nm 等。（2）阈值电流Ith ：即激光管开始产生激光振荡的电流，对一般小功率激光管而言，其值约在数十毫安，具有应变多量子阱结构的激光管阈值电流可低至10mA 以下。（3）工作电流 Iop ：即激光管达到额定输出功率时的驱动电流，此值对于设计调试激光驱动电路较重要。（4）垂直发散角 ：激光二极管的发光带在垂直PN 结方向张开的角度，一般在 15?40? 左右。（5）水平发散角 ：激光二极管的发光带在与PN 结平行方向所张开的角度，一般在 6? 10? 左右。（6
48、）监控电流 Im ：即激光管在额定输出功率时，在PIN 管上流过的电流。工业激光设备上用的半导体激光器一般为1064nm、532nm、808nm，功率从几瓦到几千瓦不等。 一般在激光打标机上使用的是1064nm 的，而 532nm 的则是绿激光半导体激光器的激励方式：半导体激光器的激励方式主要有三种， 即电注人式、光泵式和高能电子束激励式。绝大多数半导体激光器的激励方式是电注人，即给 Pn 结加正向电压它们所发出的波长在 0.3 -3.4um之间。其波长范围决定于所用材料的能带间隙，最常见的是AlGaA:双异质结激光器，其输出波长为750 - 890nm。工作原理及特点半导体激光器工作原理是激
49、励方式，利用半导体物质（即利用电子）在能带间跃迁发光， 用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、反馈、产生光的辐射放大，输出激光。一般情况下，半导体激光器的发光波长随温度变化为02-03nm/，光谱宽度随之增加，影响颜色鲜艳度。另外，当正向电流流经pn 结，发热性损耗使结区产生温升，在室温附近，温度每升高1，半导体激光器的发光强度会相应名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 24 页 - - - - - - - - - 地减少
50、1%左右，封装散热；时保持色纯度与发光强度非常重要，以往多采用减少其驱动电流的办法， 降低结温，多数半导体激光器的驱动电流限制在20mA 左右。但是，半导体激光器的光输出会随电流的增大而增加，目前，很多功率型半导体激光器的驱动电流可以达到70mA、 100mA 甚至 1A 级， 需要改进封装结构，全新的半导体激光器封装设计理念和低热阻封装结构及技术，改善热特性。例如，采用大面积芯片倒装结构， 选用导热性能好的银胶， 增大金属支架的表面积， 焊料凸点的硅载体直接装在热沉上等方法。此外，在应用设计中，PCB 线路板等的热设计、导热性能也十分重要。进入 21 世纪后，半导体激光器的高效化、超高亮度化