氦氖激光器

氦氖激光器（精选12篇）

氦氖激光器 篇1

1 概述

激光有单色性、高亮度等特点, 已被普遍应用到军事工业、医学、通信等诸多领域。文章通过共焦球面扫描干涉仪测量研究了半外腔He-Ne激光器的频谱分布, 根据不同纵模之间的不同的频率间隔, 对纵模等抽象概念有了清晰的认识, 为更好地理解纵模的概念提供了依据[1]。

2 实验原理

根据谐振腔理论, 光束在腔内来回反射形成的驻波形式就是腔内振荡光, 光束频率满足谐振的条件:

上式中:q是纵模序数, η 是激活介质的折射率, c是真空光速, L是谐振腔长。因为激光的频率非常高, 光电探测器基本不能直接响应进行测量, 所以我们就要用相邻2 个谐振频率的间隔, 也就是纵模间距 △v研究其频率特性, 由式 (1) 可得:

激光器中能够出现的纵模数是由下面这几个因素决定: (1) 激光器谐振腔长度, 腔长越短, 纵模间隔越大, 同样的谱线宽度内可以容纳的纵模数越少; (2) 谱线的荧光光谱线宽, 荧光谱线越窄, 纵模数可能出现的就越少; (3) 只有满足谐振条件, 于此同时增益大于损耗的频率, 才能产生持续稳定振荡, 最终输出激光[2]。

3 实验装置

本实验采用一台半外腔式He-Ne激光器、一台共焦球面扫描干涉仪、光电探测器、激光电源、示波器、小孔光澜, 如图1 所示。

在实验装置中, 谐振腔的长度可以精确地调节, 从而可以控制所需的纵模个数。根据谐振腔理论, 不同模式具有不同的频谱。因此可以利用频率可调的共焦球面扫描干涉仪测量出各频率的分布范围, 以此来判别激光模式。因为共焦球面扫描干涉仪分辨率比较高, 调整起来也方便, 且易于耦合, 我们用它来分析激光纵模模式。共焦球面扫面干涉仪主要利用两个镀有高反膜、曲率半径相同的凹面镜, 以此形成一个无源腔, 无源腔的一个腔镜上联接一个压电陶瓷环, 当锯齿波电压时通过压电陶瓷时, 腔长就会呈线性周期性变化, 随之干涉仪的本征频率也跟着作周期的线性变化, 也就是对通过的激光作周期性的频率扫描, 落在扫描周期频率范围内的模式才能通过扫描干涉仪输出, 通过光电接收器接收后, 在示波器上显示出来[1]-[3]。

4 实验结果

纵模:He-Ne激光器的荧光光谱线宽大约是1.5GHz, 按照式 (2) 计算, 对于稀薄气体, η 约等于1, 因此当腔长L=10cm时, 刚好会有一个纵模振荡, 而且腔长每增加10cm, 纵模数就会增加一个。本实验中腔长从开始的L=32cm增加到L=42cm, 测量观测到了两个纵模, 通过实验测量其相应的纵模间隔和理论值进行比较, 具体数据如下:

当腔长L=32cm时纵模频谱图如图2 所示。

实验数据的处理过程, 将示波器显示的频谱图进行数据处理。由于频谱图的横坐标是相对值, 实际计算时可以用图片中的像素坐标进行比较。首先确定自由光谱区的长度, 即从频谱中找出2 个纵模序列q序和q+1 序中所对应的2 个峰值的横坐标差值 △x, 然后分别比较2 个序列中相邻峰值横坐标的差值, 取其平均值为 △xi, 则纵模间隔可计算如下:

其中实验所用共焦扫描干涉仪的自由光谱区FSR=2.5GHz, 则实验测量结果为:

根据式 (2) 可理论计算得到该激光器相邻两个纵模间隔为:

腔长L=42cm时纵模频谱图如图3 所示:

同理可得:

理论结果:△υq=3.57×108≈0.4GHz

实验结果:△υq≈0.4GHz

由上述实验结果和理论值计算值进行比较, 可以看出, 实验值与理论值基本相符, 激光器的腔长和相邻纵模频率间隔成反比。即腔长越短, 越大, 能够满足振荡条件的纵模个数越少;相反腔长越长, 越小, 在相同的增宽曲线范围内, 纵模个数就越多。

5 结束语

文章运用半外腔He-Ne激光器对激光模式的频率特性的测量研究。通过实验测量对纵模间隔给出了实验与理论相符的实验数据, 从而可以清晰地认识激光器中不同纵模的变化情况。

摘要：文章利用半外腔He-Ne激光器开展了对纵模频率特性的测量, 通过改变谐振腔腔长观察纵模的变化, 结合测得的光斑可以清晰地认识纵模的物理概念及纵模的特性。

关键词：激光原理,激光模式,纵模间隔,扫描干涉仪

参考文献

[1]陈钢, 魏高尧.He-Ne激光器纵横模频率特性的实验测量[J].实验室研究与探索, 2010, 6.

[2]何鑫.基于小孔光阑的微晶玻璃氦氖激光器基横模选择的实验研究[J].2011, 11.

[3]王与烨.全固态内腔光学参量振荡及内腔倍频技术的研究[J].2008, 12.

氦氖激光器 篇2

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光纤激光器原理及应用 篇3

【关键词】光纤激光器 原理 应用

一、光纤激光器原理

利用掺杂稀土元素研制成的放大器给光波技术领域带来了革命性的变化。由于任何光放大器都可通过恰当的反馈机制形成器，因此光纤激光器可在放大器的基础上开发。目前开发研制的光纤激光器主要采用掺稀土元素作为增益介质。由于光纤激光器中纤芯很细，在泵浦光的作用下内极易形成高功率密度，造成工作物质的能级“粒子数反转”。因此，当适当加入正反馈回路（构成谐振腔）便可形成振荡。另外由于基质具有很宽的荧光谱，因此，光纤激光器一般都可做成可调谐的，非常适合于WDM系统应用。和半导体器相比，光纤激光器的优越性主要体现在：光纤激光器是波导式结构，可容强泵浦，具有高增益、转换效率高、阈值低、输出光束质量好、线宽窄、结构简单、可靠性高等特性，易于实现和的耦合。

我们可以从不同的角度对光纤激光器进行分类，如根据光纤激光器的谐振腔采用的结构可以将其分为Fabry-Perot腔和环行腔两大类。也可根据输出 波长数目将其分为单波长和多波长等。对于不同类型光纤激光器的特性主要应考虑以下几点：（1）阈值应越低越好；（2）输出功率与抽运光功率的线性要好； （3）输出偏振态；（4）模式结构；（5）能量转换效率；（6）器工作波长等。

二、光纤激光器的简述

光纤激光器和放大器的研究与应用引起了广泛的重视和兴趣，已能制备以硅和氟化铅为基质的掺杂稀土金属元素的光纤。用这些光纤制作成光源或光放大器在降低光通信系统的成本方面具有巨大的潜力。接铰和饵离子的光纤激光器已有多种波长的输出，包括900nm、1060nm和1550nm等。用输出波长为800nm的I'D作为泵浦源也可以获得光通信重要窗口波长（1550nm）的输出。

激光输出诺可以通过改变稀土离子所处的玻璃基质进行改变。由掺杂稀土元素离子的氟化错光纤可以在红外区产生波长为1050nm、1350nm、l 380nm和l 550nm的激光输出，其中1350nm波长非常有价值，因为利用以硅为基质的光纤要想得到这个波长的输出非常困难。此外，这种光纤能在2.08ftm、2.3f4m和2.7Pm的中红外波长区产生激光输出也具有十分重要的价值。这种光源可能在通信、医学、大气通信和光谱学方面得到应用。

光纤激光器的输出方式可以是连续的，也可以是脉冲的。光纤激光器的调Q和锁模以及亚纳秒脉冲业已获得。光纤激光器可以在其整个荧光谱范围内进行调节输出，最重要的是可以获得窄带宽、单纵模的输出，因此也可用于相干通信以及其他单色性要求较高的应用场合。光纤放大器的优越性能以及用LD作为泵浦源实现了放大，使其在光通信系统中的应用越来越广泛。

三、光纤激光器的应用

（一）标刻应用

脉冲光纤激光器以其优良的光束质量、可靠性、最长的免维护时间、最高的整体电光转换效率、脉冲重复频率、最小的体积、无须水冷的最简单、最灵活的使用方式，最低的运行费用使其成为在高速、高精度激光标刻方面的唯一选择。一套光纤激光打标系统可以由一个或两个功率为25W的光纤激光器，一个或两个用来导光到工件上的扫描头以及一台控制扫描头的工业电脑组成。这种设计比用一个50W激光器分束到两个扫描头上的方式高出达4倍以上的效率。该系统最大打标范围是175mm*295mm，光斑大小是35um，在全标刻范围内绝对定位精度是+/-100um。100um工作距离时的聚焦光斑可小到15um。

（二）材料处理的应用

光纤激光器的材料处理是基于材料吸收激光能量的部位被加热的热处理过程。1um左右波长的激光光能很容易被金属、塑料及陶瓷材料吸收。

（三）材料弯曲的应用

光纤激光成型或折曲是一种用于改变金属板或硬陶瓷曲率的技术。集中加热和快速自冷切导致在激光加热区域的可塑性变形，永久性改变目标工件的曲率。研究发现用激光处理的微弯曲远比其他方式具有更高的精密度，同时，这在微电子制造是一个很理想的方法。

（四）激光切割的应用

随着光纤激光器的功率不断攀升，光纤激光器在工业切割方面得以被规模化应用。比如：用快速斩波的连续光纤激光器微切割不锈钢动脉管。由于它的高光束质量，光纤激光器可以获得非常小的聚焦直径和由此带来的小切缝宽度正在刷新医疗器件工业的标准。

综上所述，光纤激光器技术是一个正在得到高度重视和迅速发展的新型技术研究热点，所涉及的科学研究和产品应用领域十分广泛，具有巨大的潜在应用价值和广阔的市场前景。随着各种类型光纤激光器技术的逐步成熟和商业化应用，将对相关领域的发展产生巨大的推动作用，同时也将引起相关技术领域的深刻变革。

【参考文献】

[1]刘德明， 向清. 黄德修光纤光学北京国. 防工业出版社，1995.

[2]张宝富等. 全光网络. 北京人民邮电出版社，2001.

[3]葛强，郑鸿章. 光纤激光器的应用[J]. 光机电信息，2003.

氦氖激光器 篇4

氦氖激光器由于结构简单、便于制造、造价低廉、体积小、输出的激光相干性好等优点, 使氦氖激光器很快实现了商业化。现在氦氖激光器已经广泛应用于准直定位、全息技术、精密计量、光盘刻放、光学教学等方面。但氦氖激光器也有缺点, 就是这种激光器效率比较低, 功率不够大。因此, 通过改变谐振腔的腔长来影响氦氖激光器的输出功率也越来越受关注了。

2 实验仪器及其实验原理

2.1 实验装置

F-HX1012 氦氖激光器谐振腔实验仪器一套, 包括氦氖激光管 (带布儒斯特窗的半内腔式激光管) 一支、氦氖激光稳流电源一台、半导体激光器一台、光探头、功率计一台、模片 (输出反射镜) 、小孔、白屏、光具座、滑块若干。结构如图1 所示:

2.2 实验原理

氦氖激光器是充有He、Ne混合气体的器件, 其中Ne为产生激光的物质, 而He是提高其泵浦效率的浦助气体。在Ne原子2S、3S能级和2P、3P能级之间可以产生上百条谱线, 但是要获得激光的输出, 得到光的放大, 就要在原子的两个特定能级间形成粒子数反转分布。对于四能级系统的氦氖激光器来说, 反转分布应满足的阈值条件为

式中, R2、R3为激光上下能级E3和E2的激发速率;g3和g2是这两个能级的统计权重;τ2和 τ3为粒子在相应能级的平均寿命;A32是原子由跃迁到能级的自发辐射概率。

其中小信号增益大于阈值增益是形成激光的充分条件。阈值增益取决于激光谐振腔的损耗, 形成激光振荡时, 小信号增益系数应满足:

gt是阈值增益系数, l是工作物质的长度, δ 是激光谐振腔的平均单程损耗因子, 在激励一定的情况下, 能否产生振荡取决于损耗的大小。谐振腔的损耗大致包含以下几个方面:

(1) 几何损耗。是光线在腔内往返传播时, 一些不平行于光轴的光线有可能从腔的侧面偏折出去, 即使平行于光轴的光线也乃然存在有偏折出腔外的可能, 其大小取决于腔的类型和几何尺寸, 其次几何损耗的高低依横模阶次的不同而异。

(2) 几何损耗。由腔镜边缘的衍射效应而产生的损耗, 如果在腔内插入其他光学元件, 还应考虑其边缘或孔径的衍射引起的损耗, 其大小与腔的菲涅耳数N有关, 与腔的几何参数g有关, 与横模的阶数有关系。菲涅耳数N越大, 腔的衍射损耗越小, 菲涅耳数N为:

可见腔长L增大, N减小, 损耗增大。

(3) 腔镜反射不完全引起的损耗。它包括镜中的吸收、散射以及镜的透射损耗, 与输出镜的透射率T有关。

(4) 非激活吸收散射等引起的损耗。这类损耗是因为激光通过腔内插入物 (如布儒斯特窗, 调Q元件、调制器等) 和反射竟发生非激活吸收、散射等引起的。

上述前两种损耗又常称为选择损耗, 不同模式的几何损耗与衍射损耗各不相同, 它随不同的横模而异;后两种损耗称为非选择性损耗, 通常情况下它们对各个模式大体一样。

3 实验过程

(1) 将氦氖激光管、半导体激光器固定于光学轨道两端, 并把小孔放在中间, 连接半导体激光器电源; (2) 调整半导体激光器和小孔, 使半导体激光与光学轨道基本平行, 并进入氦氖激光管毛细管入口; (3) 调整F-HX1012 氦氖激光管, 使全反射镜的反射光斑回到小孔, 与小孔中心重合; (4) 放入模片, 调节它和氦氖激光管使其反射光斑回到小孔, 与小孔中心重合; (5) 连接氦氖激光器电源, 观察氦氖激光器的输出; (6) 连接激光探头和功率计, 测量输出功率。

在这里需要说明, 一是在放入模片移到激光管布氏窗的附近时绝不能碰到布氏窗;二是调整模片和F-HX1012 氦氖激光管使氦氖激光器有输出并使输出功率达到最大, 才能记录模片位置。

4 实验数据记录和实验报告 (见表1)

5 结论

谐振腔长度L=26.8cm时, 其输出功率最大为1.03m W, 随着谐振腔长度L的增大, 输出功率逐渐减小, 谐振腔长度L=76.5cm时, 其输出功率为0.0002m W, 既小信号增益恰好大于阈值增益, 使受激辐射的光能够在谐振腔内维持震荡。当谐振腔长度L〉76.5cm时激光器一般就不会工作了, 即受激辐射的光不能够在谐振腔内维持震荡。

这里需要说明的是, 可能由于氦氖激光管型号的不同, 其参数就不同, 就会造成数据有所变化。

参考文献

[1][美]R.H.金斯顿著, 孙培等译.光学和红外辐射探测[M].北京:科学出版社, 1984.

光纤激光器不出光故障分析（共） 篇5

光纤激光器不出光故障分析

1,长时间加工高反材料,并且加工位置很少做更换;使光隔离和光纤损坏;2,使用环境温度,光隔离最佳使用状态的环境温度为25度±3度;如果温度过高或过低都会损坏光隔离;3,长时间满负荷工作,使激光器老化加快,激光的反射率增加,使光隔离和光纤处于保荷状态下工作: 4,光纤激光器为免维护产品,但是激光在加工的过程中的金属粉尘,对整机的光学器件和电控部分有很大损坏,在使用过程中要定期除尘;

光纤激光器雕琢未来工业的利器 篇6

激光器从诞生到现在，不过短短半个世纪时间。而激光技术确如人们所期，渗入了各行各业。不论是通信、测量、医学、印刷，还是制造业、军事、娱乐业、科研……并且，可以毫不夸张地说，在某些领域，它已成为不可替代的核心技术。例如，通讯领域中的光缆通讯，军事中的制导、测距，计量中的长度基准，娱乐业中的信息存储等。另一方面，激光器并不那么“好用”——效率低，例如灯泵浦固体激光器（泵浦源自英文“pump”，意为“抽取”，形容能量受到激励，从低到高流动）的效率只有2%、故障多、稳定性差、体积庞大、使用成本高。

光纤激光技术的成熟使得大功率光纤激光器从实验室真正进入大规模工业应用的时代。早在上世纪60年代，美国科学家梅曼就成功制造出了首台激光器，使激光正式步入实际应用的工业时代。长期以来，普通激光器的功率、效率以及性能难以得到大幅提升。在能源日益短缺的时代，大功率光纤激光器较高的电光转换效率使其可以大幅度减少能耗，在节约资源等方面做出越来越多的贡献。光纤激光器已经或正在许多应用领域替代化学、气体和普通固体激光器，对激光器市场产生了革命性的改变，也是未来激光器发展的必然趋势，是“激光产业的新宠儿”，被誉为“第三代激光器”，具有广阔的应用前景。

2015年，全球激光器产品（不含激光器系统）市场容量预期可达100亿美金。其中，光纤激光器目前所占市场份额并不高，还不到工业用激光器的15%（2008年光纤激光器所占比例为7%），但增长迅猛。据美国权威杂志《工业激光解决方案》（Industrial Laser Solution）预测，其持续几年的增长率都将在25%以上，到2025年有望占到整个工业用激光器市场份额的50%以上。未来“光加工”必将成为高端制造业的核心，光纤激光在微纳加工领域必将扮演越来越重要的角色。

目前，节能环保、新能源利用是全球的主旋律。在这种大环境下，激光器技术如何走出环保节能的绿色之路，也是世界上所有激光专家所面临的现实课题。其中，被称为“第三代激光器”的光纤激光器脱颖而出，特别是掺杂各类稀土的光纤激光器，在光纤通信、光纤传感、激光材料处理等领域获得了广泛的应用，成为最受关注的新兴技术。与传统各类激光器（包括气体激光器、半导体泵浦固体激光器和灯泵浦固体激光器等）相比，光纤激光器的优点非常突出，具体包括：

节能省电，低制冷，环保效益高

高功率光纤激光器电光转换效率高，整机系统的效率可达30%，其效率是灯泵浦固体激光器的15倍，二氧化碳气体激光器的6倍，半导体泵浦固体激光器的2倍。在激光精密加工行业，2008年全国激光系统销售量约为2万套，其中高功率光纤激光器占10%。以每台激光器平均功耗500瓦、开机率50%计算，2008年全年销售的各类激光器的一年总用电量约为4300万度电。如果高功率光纤激光器占有率增加到50%，那么一年销售的光纤激光器在全年耗电量方面直接节约工业用电约2000万度电。这几乎等同于中国2009年在甘肃敦煌西部招标筹建的全国最大的太阳能发电站一年的发电量，该太阳能电站规模10兆瓦，总投资超过5亿元。中国目前工业用激光加工系统超过20万套，如果半数（主要是灯泵或者半导体泵浦固体激光器）替代为高功率光纤激光器，那么所能节约的耗电量更是惊人。

传统激光器中增益介质通常情况下必须采用水制冷，一方面是保护增益介质避免受到热损伤，另一方面是确保激光腔的稳定性，消除所谓“热透镜”效应。而光纤激光器采用光纤做增益介质，具有很大的表面积/体积比，这使其具有非常好的散热性能。同时，封闭的全光纤结构保证了激光腔的稳定性。正因为光纤激光器这些独有的特点，从而使得其对冷却的要求大大降低，低功率的光纤激光器更只需使用风冷，取代了传统激光器所必需的水冷要求，从而节电节水。

免调节、免维护、高稳定性

现代加工行业中大量使用到的半导体泵浦固体激光器，开机需要预热，使用过程中需要监控腔内温度情况，经常需要受过专业培训人员做光学校准，使用一段时间之后还需要更换激光腔，从而使得激光器的维护和使用成本非常高。而光纤激光器整个激光腔由柔性光纤通过熔接工艺组成一个封闭的腔体，腔内没有任何光学镜片，开机即可使用，具有免调节、高稳定性的优点。尤其重要的是，可长期免维护使用，可节约大量维护费用和时间，提高工作效率，从而节能省成本，这是传统激光器无法比拟的。

光束质量高，加工精度高

光纤激光器的光路由光纤和光纤元件构成，信号激光在直径很小的纤芯中产生和传输。在小芯径纤芯波导的限制下，信号激光可获得近似理想的光束质量和极小的光斑直径，这是全光纤激光器独具吸引力的无与伦比的重要优势。优异的光束质量和极小的出光光斑直径在激光应用中具有非常重要的意义，可使后续应用设备的光学系统更简单，体积更小，工作距离更长，激光聚焦光斑更小，工作效率更高，加工深度更深，加工质量更好等。同一台光纤激光器可以进行焊接、切割、钻孔、熔覆、烧结和钎焊。例如，新能源太阳能光伏产业中的核心元件（光伏板）的划片和切割工艺中，光纤激光器正在逐步替代其他各种激光切割技术，成为光伏产业中太阳能电池表面处理、薄膜切割等应用的最佳选择方案。因为光纤激光器和传统激光器相比具有最小光斑尺寸以及最优良的光束质量，所以切割质量最高，减少光伏板的材料浪费。换句话说，光纤激光器加工技术能够最有效地提高光伏电池的发电量，降低成本，提高效益。

在医疗方面，许多内外科手术中使用光纤激光作手术刀。大功率光纤激光器用于手术，使组织脱落和光致凝结手术的时间大大缩短。在眼科手术中，连续掺铥光纤激光器能使角膜成形手术的成功率更高，还可以治疗远视、近视等眼科疾病。由于光纤的柔韧性和光纤激光器光束质量好，在心血管手术中可使光纤进入人体内排除肿瘤或各种血管淤积物。在整形美容手术中，2微米波长光纤激光器在治疗皮肤癌和去纹身方面也取得了良好效果。此外，功率为几瓦的掺铥光纤激光器能为外科手术提供较大的高能辐射，在显微外科手术中扮演了重要角色，而且在红外保健方面也有应用。

大功率光纤激光器应用于石油矿产领域，在建井和完井作业中发挥出色作用。光纤激光器通过光纤向井下提供所需要的能量，与常规工业激光器相比，工作效率更高、光束质量更好、机动性更强，在使用寿命期间基本上不用维修。2003年，美国天然气技术研究所（GTI）使用5.34KW大功率激光器进行的井下射孔实验表明，高功率光纤激光器因具有较高光束质量使其能够破碎任何岩石，因而在此应用领域体现出其巨大优势。

除此之外，光纤激光器还具有体积小、灵活性高、使用寿命长（10万小时）等，就不一一列举。

综上所述，我们可以明显看出，高功率光纤激光器是适应绿色环保主题要求下的新型激光器，其发展是大势所趋，不可替代。其不仅自身使用节能省电、使用成本低，而且适用于新能源产业中高精密加工的需求，从而造福人类，其经济社会效益是不可估量的。

氦氖激光器 篇7

机载激光器是美国导弹防御局弹道导弹防御系统的组成部分之一, 是一种能独立进行目标探测并实施多目标攻击的机载激光武器, 主要用于拦截敌方在助推段飞行的战区弹道导弹, 迄今耗资30多亿美元.

机载激光器预定射程为300～580 km, 武器系统总重45 t, 至少能击毁同时发射的三枚弹道导弹.机载激光器安装在改装的波音747-400 F运输机上, 采用化学碘氧激光器 (COIL) , 有3个激光波束系统:激光杀伤波束 (主波束) 、一组激光照射波束和一个激光信标波束.波音公司负责飞机改装并提供战场管理系统, 同时完成总的系统综合;诺斯罗普·格鲁门公司提供高能激光器和信标照射激光器;洛克希德·马丁公司除提供光束控制/火控系统外, 还负责机头安装的炮塔.

2007年3月, 美国导弹防御局在加州海滨完成了首次机载激光器瞄准系统的飞行发射试验, 在此次试验中, 安装在波音747-400飞机内的跟踪照射激光器 (TILL) 向一幅涂绘在KC-135运输机侧面的导弹图像成功进行了多次照射.2007年5月1日, 机载激光器飞机第一次完成了被动跟踪垂直机动目标的试验, 当时一架改装的747-400飞机利用机载被动传感器, 对一架处于加力状态并高速垂直爬升的F-16战斗机进行了定位、截获、瞄准和跟踪.此次试验是机载激光器飞行试验中的一个重要阶段, 验证了众多关键系统的能力, 为2009年将要进行的拦截真实目标的试验奠定了基础.2007年9月4日, 在完成用低能激光器进行的飞行模拟攻击试验后, 波音公司随即于开始在机载激光器飞机上安装高能化学激光器, 并计划在2009年初进行高能激光器的飞行试验, 预计2009年8月进行短程弹道导弹的拦截试验, 为了保证上述进度, 美国参议院于2007年9月为机载激光器项目又加拨了5000万美元.目前, 机载激光器项目共进行了48次飞行试验, 各个子系统的试验已经基本完成.

氦氖激光器 篇8

1. 激光的诞生

1960年在加利福尼亚州马里布的休斯研究实验室, 西奥多·梅曼 (Theodore Maiman) 设计和建造了一台小型的激光发生器。他将闪光灯线圈缠绕在指尖大小的红宝石棒上, 产生了第一束激光, 激光时代由此开启, 从此和人们的生活息息相关。

梅曼的实验显示, 闪光灯发出的足以致盲的强光可以使红宝石棒充能, 这些能量随后以纯粹的红色光脉冲的形式释放, 这些相干光有恒定的相位差, 就像是列队前进的士兵们。

2. 激光武器

随着激光的诞生, 军事机构和小说家看到射线枪能够成为现实, 就开始着手打造激光武器。1964年, 007电影《金手指》中大反派“金手指”奥瑞克威胁詹姆斯-邦德, 要用激光将他锯成两半——这在当时, 还是纯粹的幻想。

3. 三维激光

1948年科学家发明了全息技术, 以提高电子显微镜的分辨率, 但埃米特·利斯 (Emmett Leith) 和朱瑞斯·乌帕特尼克斯 (Juris Upatnieks) 在1964年使用激光对全息技术进行了彻底改造, 发明了第一个不需要特制眼镜就能看到的三维图像。

他们用分裂的激光光束将全息图记录在感光片上, 其中一束激光先被从被摄物体上反射开来, 然后再与另一束会合, 在感光片上成像。用一束与成像时相同方向的激光照射感光片, 就会在观看者眼前产生一幅逼真的三维图像。这张玩具火车图是这两位科学家在密歇根大学的威洛·鲁恩实验室第一次记录的全息图。

4. 梦幻激光

最初时, 激光的色彩是相当有限的:氦氖激光器和红宝石发出红光, 其他激光器则产生不可见的红外线。人们借助离子激光器第一次实现了如彩虹般的七彩激光, 它通过在氩或氪中的高压放电产生激光。氩气产生蓝色和绿色的光, 氪产生其他几种颜色, 两种气体的混合可以产生整个可见光谱中的颜色。梦幻的激光秀从此诞生。

纪念激光诞生50年:从射线武器到聚变供能

5. 无处不在的激光

激光技术第一次走进日常生活, 是美国超市使用发出红色氦氖激光的条形码扫描枪实现收款自动化。若尔斯·阿尔费罗夫 (Zhores Alferovand) 和赫伯特·克勒默 (Herbert Kroemer) 改进了制作半导体二极管激光器的方法, 让激光真正地无处不在。这两位科学家因此获得了2000年的诺贝尔物理奖。 (图中所示为一个半导体二极管激光器和五美元钞票大小的对比。) 如今, 这样的芯片随处可见, 比如说CD播放器、蓝光播放器、红色激光笔并构成了全球电信网络的骨干。

6. 用途广泛的刀片

在工业上, 激光被用作永远不会变钝的锯和钻头。最初人们使用激光来加工硬度很高的材料, 如钻石, 或非常柔软的材料, 例如婴儿奶瓶的奶嘴。

低功率激光可以切割和焊接塑料;高功率激光可以切割和焊接金属。早期的工业激光器, 必须要有非常庞大的体形, 才能产生足够的能量, 但新型固态激光器却非常小巧, 给人印象深刻:如今一段细光纤或几分之一毫米厚、扑克大小的盘片就能产生千瓦级的能量, 足以切开几厘米厚的金属片。

7. 激光广泛的医学用途

激光的首次在医学上的成功应用是进行眼内手术, 无需要切开眼球。早在1962年, 一台红宝石激光器将病人脱落的视网膜与眼球重新连接, 使他恢复了视力。更大的成功在1968年到来, 外科医生弗朗西斯·莱斯佩朗斯和贝尔实验室的工程师使用氩离子激光器破坏异常的血管, 以避免这些血管在视网膜中扩散, 这种病症后果非常严重, 会导致糖尿病人失明。这种治疗方法已经挽救了数百万人的视力。如今, 激光也被用来切割角膜, 以矫正视力, 或者消除胎记和刺青。

8. 激光之母

很久以来可控核聚变都是人们最理想的清洁能源产生方式。1962年, 在加利福尼亚州的劳伦斯利弗莫尔国家实验室, 物理学家约翰·纳科尔斯 (John Nuckolls) , 提出用激光脉冲加热和压缩重氢同位素块来实现可控核聚变。

SLED激光器驱动设计 篇9

关键词：激光驱动器,稳定电流,功率控制

1 前言

超辐射发光二极管(SLED)产生的宽波段光具有高的光功率,波长范围1.53nm至1.56nm，光功率可超过5mW。光纤传感器是由2Km长的保偏(PM)光纤紧贴组合而成的线圈，PM线圈检测到机械系统的振动并将其转换到集成光学芯片，由芯片处理的信号被耦合到信号检测器，并转换为电子信号。光学功率噪声检测器被用来检测该光功率的噪声信号，并用数字信号处理器(DSP)来过滤噪声。用这种高光功率源，该系统的信号噪声比(SNR)被由光源产生的噪声，而不是分散的噪声所限制。光功率源是光纤陀螺仪的关键部件，它必须提供稳定，充足的光功率。在实践中，它通常是一个通过一定的电流驱动的SLED[1][2]。

SLED具有电流输入光功率输出的传递函数，如图1所示。当SLED的驱动电流超过，SLED的光功率将正比于驱动电流。因此，该SLED的光功率可以很好地通过控制SLED的驱动电流进行控制。

2 电路设计

该激光驱动器电路可提供输出从4mA到200mA范围的一个稳定的驱动电流。

2.1 功率控制器构建

该功率控制器的构建块如图2所示，其设计是基于光电反馈理论。当系统稳定后，电源控制器提供

给SLED稳定的电流，从而使SLED的光功率恒定。当系统稳定时，输出电流由外部电阻决定；当外部环境变化时，光纤系统的光功率改变，从而导致由监控二极管产生的变化的电流。然后，光电流被反馈到功率控制器，并经由外部电阻转换成相应的电压值，用它与基准电压进行比较。比较的结果经放大器传送到驱动电流的控制系统，调节电流源的驱动电流，使得电流源阵列变化的输出电流相应地变化。通过这种方式，SLED的驱动电流可保持不变，这意味着当环境发生变化时光纤系统的光功率保持恒定[3]。

如图2，当系统稳定时，驱动电流IOUT的电流值由外部电阻REXT确定。假定I2/I1,I3/I2,IOUT/I3是B1,,那么IOUT的值可通过改变N 2,N 3,,P2,Q1/Q 3和Q 2/Q 4的值很容易地实现。IM对4B的比值是由所使用的监控二极管的规格确定。R EXT和IOUT之间的关系如(1)至(5)五个方程，其中有6个变量(包括R EXT)，这意味着REXT与IOUT一一对应，式(6)为传输函数。在公式中，监控电流的变化由式（7）决定：

其中AOC为A1的共模增益，AOD为A1的差模增益，并且gmN1是N1的跨导。在设计中，A1和A2是单级级联放大器，这样系统的极点是由放大器的输出和电流镜产生的。由电流镜产生的磁极为f T(2+B)，这是非常高的频率值，其中B是电流镜的增益。要获得一个足够的相位裕度，A1的输出是由一个高电容和高电阻连接到地，所以A1的输出是主极点。

2.2 输出级

图3 SLED激光器输出级(参见右栏)

激光器输出级如图3所示，它提供电流来驱动激光器，并直接影响SLED的输出。

输出晶体管被设置为10*10的双极级联阵列。为提供足够的电流，输出晶体管的基极电流需要足够大，基极电流由Q 2和M 9提供。在这个设计中，输出电流为200毫安，假设双极性的β电流增益是100，因此，基极电流至少为20 0 m A/β。M 8/M 7和Q 2/Q 1等于4，这意味着I 3等于16 I 1,M 3/M 1,M 4/M 2,M 5/M 1和M6/M 2等于2。所以Q3的基极电流的电流是14，这限制了最大输出电流，并且Q 3应大于2 mA。的最小值为2m A/14，它是142μA。所以，基极电流大于142μA经常被用来确保输出晶体管保持在正向有源区的，这里基极电流是155μA。

所述V bias1,V bias2，和V bias3和由偏置电路产生，如图4所示。通过经典低电压级联结构产生V bias2和V bias3,Vbias1由放大器产的。电压被反馈到放大器的负端口，以产生稳定的偏置电压，保持系统的稳定性，一个电容被用于增加点A的阻抗，使得它成为主极点。运算放大器被设计成一个单级级联放大器，这确保了系统更好的稳定性[4]。

2.3 校准参考电流

在该设计中，输出是一个电流，并且许多偏置电压通过基准电流产生。这样，参考电流的精度对于激光驱动器的驱动能力，稳定性和精度非常重要。

参考电压是由一个简单的一阶补偿电路产生，基于参考电压，所述参考电流产生并在图5校准。它是由一个误差放大器，一个参考电压源，一个比较器，一个逐次逼近寄存器(SAR)的逻辑电路，和一个6位数字-模拟转换器(DAC)组成[5]。

参考电流是通过由基准电压电路，埃罗放大器和反馈网络构成的反馈电路产生的。电压被反馈到误差放大器的正极端口与基准电压进行比较，误差放大器放大该差压到M1的栅极电压，以这种方式，产生一定的电流。为获得更高精度的电流，消除误差的校准是必需的。

校准是通过一个特区逻辑电路和一个6位的DAC。当校准开始时，6位的DAC输入数据被定义为011111，或半满刻度。特区逻辑将修改DAC的输入数据，并改变其输出电流，直到该参考电流值可以等于，如果参考电流等于IREF，校准停止。

3 仿真结果

该激光驱动器输出能力的仿真结果示于图6，这是不同条件下的仿真结果图：(a)常温(25oC)下激光驱动器随外部电阻值变化的输出仿真结果；(b)低温(-40oC)中激光驱动器随外部电阻值变化的输出仿真结果；(c)高温(125oC)中激光驱动器随外部电阻值变化的输出仿真结果；(d)电压4.5V，温度-40oC时激光驱动器随外部电阻值变化的输出仿真结果。通过对在不同条件下仿真结果图的对比可得，该系统能够产生随外部电阻值变化的稳定电流。图中y是外部电阻的值，单位是kΩ，Y0是输出电流，单位m A。

4 结论

所述系统设计出一个以闭环控制技术来维持激光驱动器驱动电流稳定的SLED激光驱动器，并基于光电反馈理论设计了功率控制器，可实现激光器自动功率控制。该系统的电路详细，在初始设置后能够产生稳定的范围从4mA到200mA的电流。设计和仿真结果表明，在不同的外部条件下该系统能够产生随外部电阻值变化的稳定电流。实验表明该设计可以很好地工作，在稳定驱动激光器的前提下，还可以使激光器安全长时间运行。

参考文献

[1]王立东,孙长森.连续可调恒流的SLED恒温控制[J].激光技术,2009,33(1):74-76,86

[2]宋世德,于清旭.SLED光源的恒温恒流控制系统研究[J].激光技术,2004.

[3]W.M.C.Sansen,Analog Design Essentials,Heidelberg:Springer,2007,pp.66-67.

[4]丛梦龙,李黎,崔艳松等.控制半导体激光器的高稳定度数字化驱动电源的设计[J].光学精密工程,2010.

氦氖激光器 篇10

我院在2008 年8 月斥巨资购买了一台美国生产的准分子激光治疗仪, 也就是人们通常所称的近视眼治疗设备。准分子激光治疗仪是在计算机和三维高精密控制的手术床配合下对角膜层间进行计算与控制的, 其非常精确, 预测性强, 具有矫治范围广、痛苦小、手术后视力恢复快、稳定性强、可避免术后角膜上皮下混浊等并发症发生的可能等诸多优点[1]。 依靠计算机控制的准确消融, 使激光切削不会穿透角膜, 更具安全性。 因此, 对眼球内组织没有任何副作用, 更不会造成副损伤及后遗症。 正是由于准分子激光治疗近视眼在安全上有保障, 近视患者可通过实施手术改变角膜曲率, 达到重塑角膜弯曲度, 即矫正视力的目的, 因此得到广大近视患者的青睐。

近视眼治疗设备的核心是准分子激光器。 该激光器之所以称为“准分子”是由于它不是稳定分子, 它是在激光混合气体受到外来能量激发所引起的一系列物理和化学反应中形成转瞬即逝的分子, 其寿命仅有几十毫秒。 通常情况下, 基态的稀有气体原子其电子层全部被填满, 化学性质稳定, 不可能和其他原子结合成稳定分子[2]。 但当它们受到高压激励、激发时, 稀有气体原子就可能从基态跃迁到激发态, 甚至被电离, 这时很容易和另一个原子形成一个寿命极短的分子, 这种处于激发态的分子称受激二聚物, 简称准分子。由于准分子的基态是强排斥态, 离解迅速, 故只要有一定数量的准分子存在, 就很容易形成粒子数反转, 产生激光。 用于手术的光源一般采用能够得到高质量烧蚀表面的193 nm Ar F准分子激光。 Ar F准分子激光器产生的193 nm激光属于紫外波段, 单光子能量 (6.4 e V) 远大于人眼角膜组织分子键能 (3.4 e V) , 能够打断生物分子的化学键, 使组织分子气化, 从而对角膜组织实施“光化学切削作用”[3]。 这种准分子属于“冷”激光, 对被照射部位周边的组织几乎不产生热效应, 其切削的准确度非常高。凭借这种准确的气化, 可以把角膜按需要精确地切去, 且对角膜的构造不会产生不良反应[4]。 准分子激光治疗系统是集光、机、电为一体的高科技产品, 对设备的使用环境要求很高, 为了确保手术效果, 设备上采取了一系列保护性措施, 以确保手术效果和患者的安全。

1 故障现象

2010 年2 月14 日, 我院下午安排位近视眼患者进行手术, 和往常一样, 技师上午开机、换气、预热、测能量、校中心测相纸圆、打PMMA板, 一切正常。 可是到中午再执行能量测试程序时, 屏幕上出现正在“设置能量稳定初始值”和“能量稳定错误”的提示, 激光能量测试无法完成根据以往的经验, 可能的原因是外光路上放置了东西阻塞了光路、能量反馈信号不能送达计算机、能量稳定工作点不在合适范围以及激光器输出能量偏低等。当时没有必要的检测工具, 只能凭借直觉检查相关点, 此时发现手术室环境温度已超过26 ℃, 立即将其调整到正常范围 (18~20 ℃) , 大约过了2 min恢复正常。 到了下午准备手术, 再次进行系统测试一切正常, 开始实施手术, 当完成2 位患者手术后, 再次执行测能量程序时, 出现上午同样的故障现象。 将相纸放置在激光器出口, 检查无激光能量, 但有高压放电的声音。以前激光器突然无激光能量多数是高压电源或控制高压开关的闸流管灯丝烧断所致, 这次情况非常奇怪。 此时发现手术室环境温度又超过26 ℃, 再次将温度调至正常。由于造成这种故障的原因没有排查清楚, 只好出去向患者进行解释, 待查明原因一切正常后再通知来医院进行手术。 回到手术室后未做任何调整, 激光器居然又有激光了, 而且所有测试指标一切正常, 但故障时有时无。

2 故障分析与排查

利用所学知识, 针对图纸逐个进行分析排查, 寻找出可能导致上述问题的原因有: (1) 温度过高, 散热不好, 导致能量稳定系统工作点处于临界状态, 控制电路出现报警现象、 激光器的高压电路某元器件变质, 性能发生变化, 冷却后性能又自动恢复正常; (2) 电源电路具有保护功能, 电网电压波动超过±10%导致电路保护, 待电网电压恢复正常后又自动恢复正常。由于无需人为干预, 故障现象就能自己恢复, 因此排除了电路上接触不良的可能。

(1) 首先将手术室温度调整到26 ℃同时监测电网电压最高时可达244 VAC虽然电网电压偏高, 大于10%, 但电路上已装有UPS不间断电源, 输出电压可以控制在220 (1±3%) VAC以内, 如果没有UPS可能早就出问题了。然后对能量稳定工作点进行重新校准, 在模拟手术过程中用示波器检测测试点, 结果经过一天的测试, 没有发现工作点明显偏离现象, 也没有出现上述问题。能量稳定系统控制原理框图如图1 所示。

(2) 能量稳定系统控制原理是:通过软件与硬件对激光器的输出功率进行控制, 在外光路上的分光镜通过采集激光器输出能量的1%的光信号, 经过实时能量探测器, 将光信号转化为电信号。 在能量稳定板上, 该信号经过放大整形及采样保持电路的处理后送到A/D转换板, 将模拟信号转换为数字信号后被送到能量稳定微处理板上, 其微处理器对这些脉冲数求平均, 然后与存储器内的原程序参数进行比较, 决定激光控制电压 (LCV) 是调高还是调低或者不调整, 该电压被用来控制激光器电极上的高压放电来实现对激光器输出能量的稳定性控制。

(3) 在正常情况下, 计算机系统是被动对能量稳定系统实施控制的, 它只是监控来自能量稳定板和能量稳定微处理板上的一些报警和错误提示, 只有在进行能量测试校准时, 计算机系统与系统操作才具有主动关系。 如果激光器能量变化在5%的范围内, 此时激光器输出能量低时, 能量稳定系统会自动提高LCV来提升加到激光器上的高压, 使激光的输出能量提高;相反, 若激光器输出能量高时, 能量稳定系统会自动降低LCV来降低激光器上的高压, 使激光的输出能量下降。 由于这个系统是一个闭环控制系统, 因此, 它能够满足激光器能量在一定条件和时间内保持恒定输出。它在手术的整个过程中, 即使外部环境发生一些变化时也能进行一定的补偿, 实现了能量稳定的自动控制。 在激光器自身变化、外界环境条件变化下, 当能量变化超过5%时, 能量稳定微处理器会送一个“需要校准”信号到计算机, 若在特殊情况下, 激光器输出能量瞬间变化会超过30%, 能量稳定板会通过系统控制板送一个不允许工作指令到计算机。此时需要搞清楚激光器是由于没有能量报警还是激光器能量波动大后报警导致中断无激光输出。

(4) 在出现故障时注意到, 无论是用能量测试程序启动激光器还是用手动启动激光器, 都能听到激光高压产生后放电的声音, 但都没有激光输出现象。正常时将实时能量探测器输出信号断开, 不提供反馈信号给能量稳定控制系统, 用能量测试程序启动激光器出现的提示与故障时出现的提示相同, 很快激光器就停止发射激光了, 但手动启动激光器却有激光输出。 这一区别排除了能量稳定系统故障, 怀疑故障出在激光器电路上。激光器电路原理如图2 所示。

(5) 该电路主要由输入交流电源、直流电源、交直流电源、电源调制电路、高压电源、接口电路、激光控制电路、显示控制器、触发电路、灯丝电压电路、高压控制电路、激光头组成。其所有电路都是为激光头产生激光而提供电力、 信号控制及保护作用的, 从激光头产生激光的原理来看, 重点是其高压部分。激光头高压电路如图3 所示。

(6) 激光高压电路的工作原理是:该电路由闸流管、高压电源HV (约20 k V) 、主电容C1、峰值电容器C2、电感L、放电电极等组成。 在待机状态下栅极电压为负, 闸流管处于截止状态, 此时无激光能量输出, 高压对主电容器C1充电至20 k V, 充电时电感表现出低阻抗, 这样高压几乎全部加到C1上储电。 当闸流管栅极收到控制电路发出的正触发脉冲幅度约600~800 V时, 闸流管的阳极和阴极导通, 主电容器C1上储存的电荷经闸流管和预电离针对峰值电容器C2充电, 当C2上充电电压达到放电区的击穿电压时, 由C2通过金属电极对气体工作物质放电, 产生准分子激光。

(7) 单独检查高压电路上的元器件外表没有明显的损伤和味道, 闸流管工作状态正常, 测试高压电源、栅极电压、灯丝电压皆正常。由于出现问题时激光器不出光, 但高压放电的声音能听到, 同时伴随杂声。 即使高压电路打火, 也不会造成不出光。后来将排查重点放在能否让激光头出光的关键部件搅拌器上, 通常称为风机, 它的主要作用是让激光工作物质在激光腔内均匀运动。 一旦出现风机停转, 放电就会紊乱, 也不可能产生激光。 检查风机并没有卡死和转速不均现象, 因为一旦风机卡死是不可恢复的, 如果转速不均匀会发出异常声响, 而且伴随激光能量波动, 不可能没有激光, 上面2 种情况都没见到。 到底是什么原因造成风机停转呢? 仔细研究了如图4 所示的风机电源电路, 发现在风机电源电路的初级串有一只热敏电阻TR1, 当输入电源110 VAC波动超过10%, 即大于120 VAC时, 多余压降就会加在热敏电阻上, 累计到居里温度时, 热敏电阻阻值剧增, 电压全部加到热敏电阻上, 而降压变压器初级分压就为零, 这样电动机上就无电压输出, 导致停转。 模拟高压加上时风机停转, 结果与出现问题时的现象完全相同。因此只有当温度降低, 热敏电阻性能恢复正常, 风机两端有24 VDC时, 一切才能正常, 具有逆性。 究竟是电网电压超高标引起保护还是环境温度太高热量无法散出引起, 甚至是热敏电阻性能发生变化导致的故障, 还有待观察和分析。

3 故障处理

(1) 由于激光器内有2万伏高压, 在手术期间为了安全, 需要用2层盖子盖上, 因此无法监测到热敏电阻的性能变化情况, 甚至连风机是否转动、声音是否正常都难以判断, 所以只能对UPS电源输出进行监控。根据上述情况提出设计一个监测电动机是否正常运转以及一旦在手术期间确实出现风机电源失去情况的监测和应急电源电路, 将船型开关K拨到外部开关电源24 VDC应急送电, 保证风机运转, 激光正常输出, 确保患者手术安全, 该方案如图5所示。

(2) 将机内电源开关处在常闭位置, 装有红色发光二极管显示, 机内工作正常时红灯亮, 一旦出现问题红灯灭并报警。同时备用电源上装有绿色发光二极管, 显示外部开关电源工作正常, 随时捕捉问题以补救, 开关和指示灯接到外面, 以方便观察和操作。

4 小结

经过一段时间的监测和观察, 特别是注意手术室的温度控制在正常的范围内, 设备工作一切正常, 再没有出现上述问题。当时发生问题的主要原因是外面天气寒冷, 人们为了使自己感到舒适, 无意中将空调温度设置偏高, 而激光设备连续运转也会产生大量的热量, 因此电子元器件热量不能及时散去, 导致保护电路上的热敏电阻特性发生变化, 使电动机停转;电网电压虽然有些偏高, 但UPS起到了恒定输出电压的作用 (长期监测正常) ;次日手术室温度设置在26℃, 模拟手术过程没有出现问题, 可能是当时测试设备工作点时2层盖子是打开的, 这样元器件散热会好些。这里需要提醒类似设备操作人员:室外天气会时常变化, 如果操作者只考虑自身的感受, 不注意设备的使用条件, 盲目开机, 就会发生预想不到的事情, 甚至会造成设备损坏。反之, 如果时刻注意手术室温度、湿度、灰尘、电源稳定性是否变化, 就可以确保设备少出问题, 甚至不出问题。

参考文献

[1]张蓉, 毛惠云, 田华.护理角度分析LASIK手术的配合[J].中国现代眼耳鼻喉科杂志, 2004, 1 (1) :56.

[2]陆文秀.准分子激光屈光性角膜手术学[M].北京:科学技术文献出版社, 2000.

[3]胡俊涛, 刘翔, 张国勇, 等.眼科准分子实时监控能量计[J].中国激光, 2007, 34 (12) :1 732-1 735.

氦氖激光器 篇11

“大型飞机电激光器”(ElectricLaser on Large Aircraft，ELLA)项目是一项由美国国防高级研究计划局(DARPA)与美国空军研究实验室(AFRL)合作实施，为B-IB战略轰炸机加装100千瓦级激光器并进行飞行测试的技术演示验证项目。该项目是美国首次将激光器安装在作战飞机上进行测试，对于美国机载激光武器走向实用化具有重要意义。目前DARPA正与项目承包商合作，进行ELLA激光器验证样机的设计制造工作，按计划将在今后3年内完成地面和空中测试验证。

ELLA项目实施的背景

自上世纪70年代以来美国实施了一系列机载激光器研发测试计划，其中最引人注目的就是近年来不时见诸报端的ABL“机载激光器”(兆瓦级，主要用于助推段弹道导弹拦截)和ATL“先进战术激光器”(100千瓦级，主要用于打击地面目标)项目，之所以再次提出全新的ELLA计划，主要是基于以下原因：

ABL和ATL项目的实施，验证了机载激光武器的应用前景

在目前的各种激光器中，化学激光器效率最高(可达40％)、技术最为成熟、并且最先达到实战需要的武器级功率(100千瓦)，因此目前美国研发的大部分高能激光武器都是以化学激光器为核心，其机载激光武器也不例外，ABL和ATL均采用的是化学氧碘激光器。

鉴于美国多年来的投入和成果积累，其化学激光器技术已日趋成熟，近年来ABL和ATL项目的实施均取得了重大成果，正逐渐接近实用化。例如2009年6月13日和8月30日，ATL先后进行了两次空对地高能激光试射，分别摧毁了一个地面靶标和一辆无人车辆，验证了其精确打击地面固定和机动目标的能力；2010年2月3日和2月12日，ABL先后两次成功地进行了飞行中使用高能激光摧毁探空火箭和助推段弹道导弹靶弹的试验。这一系列成功的试验，充分验证了机载激光武器打击地面和空中目标的潜力，使美国军方看到了机载激光武器的广阔应用前景。

化学激光器实战部署困难，但为新型机载激光武器研发打下了技术基础

目前美国化学激光器技术已经相当成熟，但要将其投入实战部署、尤其是安装在普通战术作战飞机上，还存在诸多技术困难：结构复杂、庞大笨重，只有大中型运输机才能搭载；化学燃料易燃、剧毒、有腐蚀性，并且需向外排出有害废气，危及飞机和机组人员安全；每次出击都均需专门补充化学燃料，使用维护繁琐复杂，费用居高不下。正是由于这些原因，ABL和ATL最终均没能成为正式的采办项目，而仅仅作为技术演示验证。

尽管这样，通过ABL和ATL等项目的实施，美国已经取得了机载高能激光武器相关的一系列先进技术(如目标搜索与跟踪、激光大气传输补偿、抖动控制和高能激光束管理等)，这为研发其它新型机载激光武器打下了坚实的基础。据美国媒体披露，ATL在研制过程中就考虑到了今后其部分技术可转用于固体激光器。波音公司副总裁兼定向能武器项目主管加里·菲茨迈尔(Gary Fitzmire)曾表示，“通过研发ATL所掌握的从空中经过光束控制系统将激光束传输到静止或动态目标上的全部技术，同样也可以用于固体激光器”。例如只需更换可在固体激光器波长工作的光学薄膜，ATL的光束控制系统就可在固体激光器上使用。

美国高能激光器的研究重点开始转向电激光器并不断取得进展

电激光器主要包括固体激光器、液体激光器、光纤激光器、碱金属蒸汽激光器、自由电子激光器和二氧化碳激光器等，它们具有体积小、重量轻、效率高、寿命长、结构紧凑等特点，因此近年来美国机载激光武器的研究重点开始转向电激光器并取得了重大进展。

2002年12月，美国陆军航天与导弹防御司令部、国防部联合技术局、空军研究实验室和海军研究局开始合作实施“联合高能固体激光器”(JHPSSL)项目，旨在研制出可用于战斗机的100千瓦级高能固体激光武器。2008年8月，美国防部开始实施后续的“耐用电激光器倡议”(RELI)项目，希望将电激光器的转换效率至少提高到30％，以降低对电源功率和冷却系统性能的要求，从而进一步减小激光武器的体积和重量。2008年11月，诺斯罗普·格鲁曼公司采用JHPSSL项目中开发的激光集束结构系统模块设计技术，成功研制出世界上首种可用于军事作战、名为“火力打击”(Fire Strike)的武器级DPL(二极管泵浦固体激光器)模块，其单块输出功率为15千瓦，光束质量达1.5倍衍射极限。2009年3月，诺斯罗普·格鲁曼公司的JHPSSL项目方案采用Fire Strike模块使组合式固体激光器功率达到105千瓦，超过了100千瓦的武器级功率。这一系列技术进展表明美国电激光器的集成度和功率水平正不断提高，为其研制更具实战意义的新型机载激光武器带来了机遇。

在这样的背景下，美国军方在ATL项目(2007—2009年间完成)结束之后开始实施后续的ELLA项目可谓顺理成章，美国空军首席科学家沃纳·达姆(WernerDahm)将其称为“合乎逻辑的一步”。

ELLA项目主要内容

ELLA项目的主要内容就是将目前DARPA正在主持研制的“高能液体激光区域防御系统”(HELLADS)激光器集成到B-IB超声速战略轰炸机的弹舱内进行试飞验证，并对典型的空中和地面目标进行实弹射击测试。

HELLADs激光器

HELLADS项目于2003年启动，旨在发展一种用于拦截地空导弹、空空导弹、巡航导弹、炮弹、火箭弹等目标的轻量紧凑型战术高能激光武器。根据DARPA的要求，整个HELLADS系统将包括激光器、火控、冷却／散热和动力系统等设备。其中激光器功率为150千瓦(达到这一级别功率的激光束威力将足以摧毁10千米外的飞机、导弹等目标)，包括冷却系统在内的总重量不超过750千克(仅为目前研制中的JHPSSL激光器的1／10)，整个系统重量一功率比小于5千克／千瓦，同时体积不大于2立方米(仅相当于一个大型冰箱)，从而可以方便地安装到装甲车辆、巡逻艇、战斗机甚至无人机等陆海空小型战术作战平台上。

按照DARPA的计划，HELLADS的研制将分五个阶段完成。其中前两个阶段主要进行初期的技术论证、研究和测试工作。第三阶段工作是在试验室中进行一个缩比尺寸的激光器原型机的测试验证。第四阶段完成一台平均输出功率为150千瓦的激光武器系统全尺寸验证样机的地面测试。第五阶段将全套HELLADS武器系统安装在战术平台上并进行相关的测试验证(即安装在飞机

上进行飞行打靶试验)。整个计划为期五年(2005年3月-2009年12月)，其中第四阶段和第五阶段原定分别在2008年和2009年完成。但由于技术方面的原因，HELLADS项目的进度后来大大延迟。到2005年3月和2007年9月，DPARPA分别与通用原子航空系统公司和达信防务系统公司签署合同，由二者负责HELLADS激光器的研制并展开竞争。

HELLADS项目顾名思义，原计划是采用液体激光器，但考虑到传统的液体激光器与固体激光器各有优缺点：前者能够发射连续光束，但光束质量较差，并且在高功率运行时热效应严重，需要大型冷却系统；后者效率高，光束强度更大，但只能发射脉冲光以防止过热。因此两家公司在HELLADS激光器设计过程中均通过创新的途径，综合了固体激光器和液体激光器各自的优点，使HELLADS兼具前者的高功率输出和后者优越的热管理性能。通用原子航空系统公司的设计方案中采用了该公司2001年提出的液体DPL概念，这种激光器设计独特，采用了两套75千瓦的固体薄盘片激光放大器模块(由两个75千瓦模块组成一个150千瓦激光谐振腔)，而固体薄盘片则浸泡在冷却液中。达信防务系统公司的设计方案则是以该公司特有的薄锯齿形(Thinzag)陶瓷二极管泵浦固体激光器专利技术(此技术已在该公司的JHPSSL项目方案中得到应用，并于2010年在实验室中实现了超过100千瓦的平均输出功率)为基础发展而来，采用了3套50千瓦的板条激光放大器模块(同时集成有功率放大和热管理系统在内)，板条也直接放在液体中冷却。两家公司的设计方案都具备系统结构紧凑的特点，尤其是无需较大体积的冷却系统，能满足HELLADS的要求。

HELLADS项目到2007年进入第三阶段，其在试验室内的输出功率达15千瓦。到2009年，DARPA开始对通用原子航空系统公司和达信防务系统公司两家方案进行评估，以决定谁进入第四阶段。2011年7月20日，通用原子航空系统公司的方案最终获得DARPA的认可并被正式授予HELLADS项目第四阶段合同。

B-1B轰炸机平台

由于在目前技术条件下，功率超过武器级(100千瓦)的激光器小型化程度远不尽人意，尤其是必须安装庞大笨重的冷却设备，因而造成整个系统的体积重量居高不下，这对载机的内部空间、有效载荷和能源供给提出了严格甚至苛刻的要求，战斗机之类的较小型飞机很难满足。因此迄今为止美国和前苏联的机载激光武器试验平台无一例外地均选用了KC-135加油机(最大起飞重量134吨，ALL“机载激光实验室”载机)、波音747-400F货机(最大起飞重量约400吨，ABL载机)、伊尔-76MD运输机(最大起飞重量190吨，A-60激光反卫星／反导试验平台载机)之类的大型飞机，至少也是C-130H(最大起飞重量70吨，ATL载机)这类战术运输机。而ELLA项目相当引人关注的一点就是其选用了B-1B轰炸机而不再是传统的大中型运输机作为激光器载机，这也是美国首次采用作战飞机作为机载激光武器试验平台。究其原因，主要有以下三点：

①B-1B作为战略轰炸机(机长44.5米，最大起飞重量216.4吨)，具有不亚于大型运输机的载重量(最大内部载弹量达34吨，同时还可外挂26吨弹药)和内部空间(机体内设置有大型弹舱)，搭载HELLADS激光器及相关的测试设备后不会对飞行性能有明显影响，因此同样适合作为新型机载激光武器的试验平台。B-1B轰炸机在机体腹部设置有前后两个弹舱(分别长9.53和4.57米)，其中前弹舱内有一块可前后移动的隔板，可将前舱分为两个弹舱，因此外界通常是将B-1B计为三个弹舱。按照ELLA计划的要求，HELLADS激光器可安装在这三个舱中的任何一个内部。

②从实战角度来看，B-1B也远比传统的大中型运输机更有实用价值。因为后者尽管能满足激光器搭载要求，但是均存在着目标特征明显、机动性差、速度慢等致命性能缺陷，在高威胁战场环境下的生存力非常有限(这也是ABL、ATL在完成演示验证任务后没能转为正式采购项目的一个重要原因)。而B-1B作为战略轰炸机，在其初始设计中就考虑到了未来突破敌方严密防空系统，因此采用了变后掠翼、超声速、综合防御电子对抗系统(IDECM)、准隐身外形设计及吸波涂层、地形跟随飞行等先进技术，其战时突防力和生存力与波音747、C-130这类运输机不可同日而语。从这个意义上看，应当说美国军方对ELLA未来实战用途还是有一定考虑的，尽管该项目当前为演示验证项目，今后若技术成熟并且有现实的军事需求，转为正式采购项目并列装部队的可能性仍存在。正因为如此，目前有部分媒体甚至将ELLA直呼为未来的“激光轰炸机”。

③B-1B轰炸机自1995年后已经拆除了核武器挂架及引信装置，不再担负核打击任务，而专用于常规作战(该机也是美国现役B-52H、B-1B和B-2A等三种远程轰炸机中唯一不担负核任务的机型)，加装先进激光武器后将大大提升该机在常规战争中的任务效能。

ELLA作战用途

按照项目计划要求，ELLA将兼具对地、对空作战能力，其任务包括：

对地面目标实施高精度打击

在近年来的多次局部战争中，美国等西方国家军队在作战行动中轰炸民用目标、导致平民伤亡的事件时有报道，为此经常遭到社会舆论的谴责。有鉴于此，近年来西方国家军方对低附带杀伤武器的研制日益重视，并相继装备了GBU-39“小直径炸弹”(SDB)、联合直接攻击弹药(JDAM)、“硫磺石”空地导弹等小威力、高精度机载武器，甚至在阿富汗、利比亚战场使用不会爆炸的混凝土教练炸弹。尽管这样，从这类武器战场使用的实际效果来看，其威力仍嫌过大。

今后一旦ELLA这类机载激光武器投入使用，将使上述状况得到极大改观。因为ELLA是靠激光束杀伤目标，它可以瞄准对敌方目标的特定部位开火，激光照射时间长短、功率高低也可以根据需要进行实时调整，因而其对目标的破坏程度也能够准确控制，并且可以在很短时间(几分钟甚至更短)内结束战斗，从而最大限度地减少甚至完全避免附带杀伤。事实上，美国ATL在2008年的测试中已经初步展现出这种能力。按照当年英国媒体的描述，ATL发射的激光束“瞄准车辆的油箱可以彻底摧毁目标，但如果以车胎为目标，则只会令车辆动弹不得却不会对车内设备和驾驶员造成伤害”。正因为如此，美国媒体将ELLA的高精度打击能力形象地概括为“摧毁目标，而不是摧毁有目标的建筑物”，这种特性使ELLA非常适合在人口稠密地区或城市环境下作战，而无需像现在这样过多顾忌政治方面的压力。

此外，鉴于现代战争具有高速度、大纵深、快节奏的特点，战场态势往往错综复杂，敌方双方各种目标经常混杂在一起，若使用的武器威力过大，很容易造成己方部队误伤(例如海湾战争中美军阵亡总人数中有近1／4是由于己方误伤造成的)。而ELLA的高精度打击特性，使其非常适合在未来战斗中对己方地面部队提供及时高效的近距空中火力支援，同时不易造成误伤，无疑将会受到美军地面部队的欢迎。

轰炸机空中自卫

由于战术和技术两方面原因，现代轰炸机(如美国B-1B、B-2A和俄罗斯图-160)已经取消了航炮等自卫武器，战时面对敌方导弹攻击的唯一应对措施就是对其实施有源／无源干扰，使来袭导弹偏离目标。但是随着现代科技的发展，各种先进制导方式(如成像制导、多模导引和复合制导等)普遍采用，致使对空导弹的抗干扰能力越来越强，现有的各种干扰手段已经越来越难以奏效。面对先进对空导弹的攻击，即使现代高性能战斗机要想摆脱其攻击都倍感棘手，对于轰炸机这类速度慢、机动性差、目标特征明显、防护手段单一的大型作战飞机来说就更加力不从心了。

在这样的背景下，为轰炸机配备先进自卫武器对来袭敌机、甚至对敌方各种平台(包括战斗机、地面发射车和水面舰艇)发射的对空导弹进行火力拦截无疑是一种更积极主动、也更有效的防护手段。因此多年以来，美国军方一直在探讨为轰炸机配备自卫武器以增强其自防护能力，并曾在B-1B轰炸机上进行过加装空空导弹的尝试，如今已开始将注意力转向更有前途的机载激光武器。这主要是因为，激光武器用于反导作战时具有明显有别于传统武器的独特优势：激光以光速传播，目标与之相比基本可视为静止状态，射击时无需考虑提前量；激光束质量近于零，射击时几乎不产生后坐力，可通过控制反射镜快速改变射击方向。因此激光武器在反导作战时具有反应时间短、精度高、火力转移迅速的特点，可在短时间内对来自不同方向的多个目标实施拦截，非常适合飞机在高威胁战场环境下的自卫反导作战。

按照要求，ELLA在未来战场上的一个主要任务就是当载机遭到敌方导弹攻击时，对来袭导弹(包括地空、舰空和空空导弹)实施火力摧毁以确保载机的安全，届时美国轰炸机的战场生存力将得到革命性的提高。

ELLA项目现状及未来前景

目前通用原子航空系统公司在HELLADS项目中的合作伙伴是洛克希德·马丁公司，后者作为武器系统集成商将担负目标捕获、跟踪／瞄准系统研发以及整个武器系统的集成等工作，通用原子航空系统公司则主要负责激光器系统(包括HELLADS激光器、热管理、功率控制等子系统)的研发。到2010年，通用原子航空系统公司已经完成了150千瓦激光器地面验证样机的详细设计，有两个单元模块的设计输出功率超过了34千瓦，今后与更多的模块组合后将达到150千瓦的目标输出功率。此外，通用原子航空系统公司在2010年还完成了电源和散热系统样机等配套技术设备的设计。

根据近期签署的HELLADS项目第4阶段合同，通用原子航空系统公司将为HELLADS项目研发一套完整的激光武器系统验证机(DLWS)。该系统同时集成有150千瓦激光器、电源和热管理系统，可作为一种结构紧凑的激光武器系统安装在各种陆、海、空小型战术作战平台上。美国军方计划于2013年内在新墨西哥州的白沙导弹靶场用DLWS对各种典型战术目标进行实弹射击演示验证，其中包括在靶场内一座海拔1800-3000米(这一高度与作战飞机、尤其是特种作战飞机执行对地攻击任务时的高度相似)的山上对地面目标进行射击，以及同时击落两枚飞行中的地空导弹(例如俄制S-300／“萨姆”-10)试验。到2014年后再将DLWS安装到B-1B轰炸机弹舱内进行飞行测试并与跟踪系统集成。

如前所述，如果ELLA计划进展顺利，能达到足够的技术成熟度和杀伤力水平，今后ELLA由演示验证项目转为正式采办项目、并成为美军首种实战部署的机载激光武器的可能性并不能排除。但从目前情况来看，ELLA要真正发展成一种实战武器还面临着诸多问题，其可行性不时受到专家质疑，这主要集中在以下三个方面：

技术完全成熟还有待时日

要成为实用的机载激光武器，ELLA除了要按要求实现小型化、模块化，达到预定的功率一重量比外，还面临其它一系列技术挑战，主要包括：提高ELLADS激光器可靠性以便能够在飞机平台的振动环境下正常工作；先进的目标捕获、跟踪和瞄准(ATP)技术，以保证能有效应对来袭的空空导弹等快速、小尺寸目标；先进的光束抖动控制、功率控制和火力控制技术，以尽可能提高打击精度等。尽管这些技术难题目前均在不同程度的解决中(例如DARPA正在研制一种名为“空中自适应光束控制”的大气湍流控制系统，以图降低大气对飞机尾部视场的扰动)，但距离真正实用并集成到ELLA系统中，还有相当长的路要走。

而从美国军方武器采办的既往历史来看，其中一个重要思想就是重视武器装备的经济可承受性、降低潜在技术风险，一般不太接受技术过于超前的东西。例如美国空军在其第五代战斗机选型中，就放弃了技术更超前的F-23方案，而选中了技术相对保守但更稳妥的F-22。有鉴于此，ELLA作为一种基本原理、杀伤破坏机理和作战方式都与传统武器有本质区别的新概念武器，要在短期内被美国军方认可并批量采购还存在相当难度。

可打击的地面目标种类有限

在目前(以至今后相当长时期)的技术条件下，激光武器更适合对付空中目标和地面暴露的目标，而很难对付现代战场上日益增多的地下目标和加固的目标。即使是前者，若敌方采取反射涂层和隔热护层等防护措施，也将使激光武器的打击效果大打折扣。

正因为如此，目前美国国内有相当部分人对ATL、ELLA这类机载激光器在打击地面目标时的实战价值持怀疑态度。例如美国国防信息中心(CDI)高级顾问菲利普·科尔(Philip coyle)曾宣称，ATL是“所有武器中最令人头疼的”。他指出，激光武器无法有效对付坦克之类的“坚硬目标”(hardened targets)，若对单个的敌方士兵使用激光武器，又涉及激光致盲武器相关国际公约的限制等问题，因此只适于对付皮卡和帐篷之类“非常松软的目标”(very soft targets)。科尔由此认为，DARPA研发激光武器、尤其是机载轻型战术激光武器“目标是不现实的，属空头支票式的新概念。”

在这样的背景下，今后美军要将激光武器投入现役，相关的作战使用概念还需进一步明确和完善。

美国空军对机载激光武器的需求并不迫切

按照美国空军参谋长诺顿·斯瓦兹上将等人的观点，在短期内不太可能出现与美国势均力敌的对手情况下，现役B-2A轰炸机先进的隐身性能足以保证在作战中不被敌方发现从而具备高生存力，因此除非潜在敌国反隐身技术有了突破性进展，否则没必要再耗费巨资为轰炸机配备自卫武器；同时目前美国正在研发“长钉”、“短柄斧”、“小型战术弹药”(STM)(全重均小于10千克，甚至只有2-3千克)等微型机载对地攻击武器，今后可在一定程度上满足美国空军对地面目标实施高精度、低附带杀伤打击的需求。在这样的背景下，美国空军对采用全新理念的机载激光武器的需求并不迫切。

紫外激光器的发展及应用 篇12

本文主要介绍紫外激光器的原理以及常用的激光器, 紫外激光器的优良性能, 激光器的发展以及最新的激光器产品。

1 紫外激光器的原理

除自由电子激光器外, 各种激光器的基本工作原理均相同, 产生激光的必不可少的条件就是离子数反转或者增益大于损耗, 所以装置中必不可少的组成部分有激励 (或抽运) 源、具有亚稳态能级的工作介质两个部分。激励是工作介质吸收外来能量后激发到激发态, 为实现并维持粒子数反转创造条件。激励方式有光学激励、电激励、化学激励和核能激励等。

激光工作物质是指用来实现粒子数反转并产生光的受激辐射放大作用的物质体系, 有时也称为激光增益媒质, 它们可以是固体 (晶体、玻璃) 、气体 (原子气体、离子气体、分子气体) 、半导体和液体等媒质。对激光工作物质的主要要求, 是尽可能在其工作粒子的特定能级间实现较大程度的粒子数反转, 并使这种反转在整个激光发射作用过程中尽可能有效地保持下去;为此, 要求工作物质具有合适的能级结构和跃迁特性。

而我们所说的紫外激光器是按照输出波段的范围分类的, 主要与红外激光和可见激光做比较, 红外激光和可见光通常靠局部的加热使物质熔化或者气化的方式来加工, 但是这种加热会使物质周围遭到破坏因而限制了边缘强度和产生小精细特征的能力。紫外激光直接破坏连接物质原子组分的化学键, 这种被称为“冷”过程的方式不产生对外围的加热而是直接将物质分离成原子。

2 激光器的产生及发展

激光器的发明是20世纪科学技术的一项重大成就。它使人们终于有能力驾驶尺度极小、数量极大、运动及其混乱的分子和原子的发光过程, 从而获得产生、放大相干的红外线、可见光线和紫外线 (以至X射线和γ射线) 的能力。激光科学技术的兴起使人类对光的认识和利用达到了一个崭新的水平。

激光器的诞生大致分为几个阶段, 从1916年爱因斯坦提出的受激辐射的理论基础到量子力学的建立为激光器的诞生奠定了有力的科学理论基础, 1960年12月, 出生于伊朗的美国科学家贾万率人终于成功地制造并运转了全世界第一台气体激光器—氦氖激光器。1962年, 有三组科学家几乎同时发明了半导体激光器。1966年, 科学家们又研制成了波长可在一段范围内连续调节的有机染料激光器。此外, 还有输出能量大、功率高, 而且不依赖电网的化学激光器等纷纷问世。由于激光器具备的种种突出特点, 因而被很快运用于工业、农业、精密测量和探测、通讯与信息处理、医疗、军事等各方面, 并在许多领域引起了革命性的突破。

今后, 随着人类对激光技术的进一步研究和发展, 激光器的性能将进一步提升, 成本将进一步降低, 但是它的应用范围却还将继续扩大, 并将发挥出越来越巨大的作用。

3 几种常见的紫外激光器

多年来紫外激光器的唯一来源是气体激光器, 主要有准分子激光器这种以脉冲方式应用的激光器和离子激光器和氦-镉激光器以连接方式应用的激光器。我们经常可以看到的氦氖激光器发出的光束方向性和单色性都很好, 多用于全息照相的精密测量和准直定位上。氩离子激光器发出的蓝绿色光正好适用于医学的眼科, 并且可以进行水下作业。但是这几种激光器都有各种各样的缺点主要表现在设备设别占地面积大可靠性小能耗高设备费用高等地方。

以红宝石为典型的固体激光器已经开发出了许多新产品, 这些新产品种类多激励的方式多更方便于应用。固体激光器中常用的还有钇铝石榴石激光器, 它的工作物质是氧化铝和氧化钇合成的晶体, 并掺有氧化铷。激光是由晶体中的钕离子放出, 是人眼看不见的红外光, 可以连续工作, 也可以脉冲方式工作。由于这种激光器输出功率比较大, 不仅在军事上有用, 也可广泛用于工业上。

现今的激光器中为了适应半导体工业开发设计了半导体激光器, 这种激光器体积小, 使用寿命长, 激励方式简单, 阈值电流低, 易于规模化生产。随着研究的深入和半导体材料和结构的拓展, 半导体激光器家族中出现了诸如边发射激光器、量子阱激光器、垂直腔表面发射激光器等等输出激光性能优异的新成员, 输出激光频率类型在可见光区域也广有分布。尤其是垂直腔表面发射激光器, 除了具有单纵模输出、低阈值电流起振等优异特性之外, 还具有在生产工艺上大规模化和阵列化, 这样, 半导体激光器也能输出大功率激光, 而且进一步降低半导体激光器的生产成本, 利于激光器的普及应用。我们以人们广泛使用的对宽禁带半导体进行打标的高重复率紫外激光器为例, 这类激光器不仅重复率高而且由于它在传入晶片过程中穿透窗口层在晶体的保护层产生规则的表面标记。由此科学家设计了高重复率激光二极管抽运Nd:YVQ4激光器。这种激光器融合了半导体激光器和固体激光器的双重优点, 是多年来的研究热点。

4 最新成果及发展前景

在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下, 化学所光化学院重点实验室姚建年院士课题组开发了一种吸附剂辅助的物理气相沉积技术, 将色谱用的吸附剂引入气相沉积体系, 从而显著改善了有机纳米材料的结晶性和尺寸均匀性。这种方法已经被证明是一种制备尺寸均匀的有机小分子单晶纳米线的普适性的技术。利用该技术, 他们制备了一系列有机一维纳米材料, 并研究了纳米材料所表现出的光学特异性 (Chem.Mater.2006, 18, 2302-2306;Adv.Mater.2007, 19, 3554-3558;Adv.Mater.2008, 20, 79-83) 。结果表明, 所制备的单晶纳米线表现出了与块体材料不同的光学性质, 纳米线在室温下就明显出现了发射光谱的窄化, 为研究纳米线的受激发射行为提供了可能性。因此有机纳米材料有望成为下一代微型光电器件的组成单元。

摘要：本文收集记录了随着光电子技术的发展中紫外激光器的革命过程以及最新激光仪器, 不同的激光仪器各有千秋, 避免了上代仪器的缺点, 以高重复率激光器和高功率激光器为例, 分别代表了两种不同的脉冲激光器产品。多年来紫外激光由气体激光器到固体激光器产生了一大飞跃, 目前人们广泛使用的对宽禁带半导体进行打标的高重复率紫外激光器对半导体工业市场产生了巨大的影响。未来科学家将努力把纳米技术运用到微型光电器件的组成中。

关键词：紫外激光器,高重复率激光器,高功率激光器,宽禁带半导体

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