在一定范圍內(nèi)可以連續(xù)改變激光輸出波長(zhǎng)的激光器(見激光)。這種激光器的用途廣泛，可用于光譜學(xué)、光化學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、集成光學(xué)、污染監(jiān)測(cè)、半導(dǎo)體材料加工、信息處理和通信等。

外文名

tunable laser

類別

激光器

適用范圍

光譜學(xué)、光化學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)

正文

實(shí)現(xiàn)激光波長(zhǎng)調(diào)諧的原理大致有三種。大多數(shù)可調(diào)諧激光器都使用具有寬的熒光譜線的工作物質(zhì)。構(gòu)成激光器的諧振腔只在很窄的波長(zhǎng)范圍內(nèi)才有很低的損耗。因此，第一種是通過某些元件（如光柵）改變諧振腔低損耗區(qū)所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)來改變激光的波長(zhǎng)。第二種是通過改變某些外界參數(shù)（如磁場(chǎng)、溫度等）使激光躍遷的能級(jí)移動(dòng)。第三種是利用非線性效應(yīng)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)的變換和調(diào)諧（見非線性光學(xué)、受激喇曼散射、光二倍頻，光參量振蕩）。屬于第一種調(diào)諧方式的典型激光器有染料激光器、金綠寶石激光器、色心激光器、可調(diào)諧高壓氣體激光器和可調(diào)諧準(zhǔn)分子激光器。

染料激光器?

　工作物質(zhì)是有機(jī)染料，其能級(jí)由單重態(tài)(S)和三重態(tài)(T)組成。S和T又分裂成許多振動(dòng)－轉(zhuǎn)動(dòng)能態(tài)，在溶液中這些能態(tài)還要明顯加寬，因此能發(fā)出很寬的熒光。

可調(diào)諧激光器

可調(diào)諧激光器

圖1、圖2為染料激光器的典型結(jié)構(gòu)示意圖和幾種染料的典型調(diào)諧范圍。圖1中用Nd:YAG激光經(jīng)過倍頻之后產(chǎn)生的 5320埃激光作為泵浦源去激勵(lì)染料。在振蕩器部分,條紋間距為d 的衍射光柵和輸出鏡構(gòu)成諧振腔。這時(shí)，只有波長(zhǎng)滿足2dcosθ＝mλ,m＝0，1，2，… 的光束才具有低的損耗，能形成激光振蕩。因此，旋轉(zhuǎn)光柵（改變?chǔ)冉牵?就能改變輸出激光的波長(zhǎng)。在諧振腔內(nèi)還插入一個(gè)放在壓力室中的標(biāo)準(zhǔn)具。改變壓力室中的氣壓，可使標(biāo)準(zhǔn)具中氣體的折射率隨之而變，從而獲得輸出波長(zhǎng)的精細(xì)調(diào)諧。圖中還有一級(jí)放大，以增加輸出激光的功率。

一般染料激光器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉，輸出功率和轉(zhuǎn)換效率都比較高。環(huán)形染料激光器的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但性能優(yōu)越，可以輸出穩(wěn)定的單縱模激光。

染料激光的調(diào)諧范圍為0.3～1.2微米，是應(yīng)用最多的一種可調(diào)諧激光器。

金綠寶石激光器?

　一種固體可調(diào)諧的激光器。金綠寶石中Cr3+的能級(jí)見圖3。發(fā)射激光的波長(zhǎng)取決于哪個(gè)振動(dòng)能級(jí)是激光躍遷的終端。振動(dòng)能級(jí)帶與激光的可調(diào)諧范圍相對(duì)應(yīng)。金綠寶石激光器的閾值低，效率高，輸出功率高，可在室溫下工作，調(diào)諧范圍7000～8000埃。

可調(diào)諧激光器

色心激光器?

　色心是晶體中正負(fù)離子缺位引起的缺陷。已獲得激光工作的色心主要有

可調(diào)諧激光器

、FA(Ⅱ)、FB(Ⅱ)、(

可調(diào)諧激光器

)A、(

可調(diào)諧激光器

)* 等，屬四能級(jí)工作，由于晶格振動(dòng)的影響而有很寬的熒光線寬。色心激光器調(diào)諧范圍寬(0.6～3.65微米)、線寬窄，但大都只能在低溫下工作。

可調(diào)諧高壓氣體激光器?

　 CO2激光器是研究得最多的一種紅外可調(diào)諧激光器。當(dāng)激光器內(nèi)的壓力增加時(shí)，由于碰撞加寬，CO2分子的振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)中的支線都加寬以致重疊，因而獲得連續(xù)調(diào)諧的性能。高壓CO2激光器已實(shí)現(xiàn)9～12.5微米的寬帶可調(diào)諧輸出。

可調(diào)諧激光器

可調(diào)諧準(zhǔn)分子激光器?

　準(zhǔn)分子是一種在激發(fā)態(tài)復(fù)合成分子、在基態(tài)離解成原子的不穩(wěn)定碲合物。由其能級(jí)示意圖（圖4）可以看出，對(duì)應(yīng)于核間距為R0的基態(tài)分子是極不穩(wěn)定的，會(huì)很快分解成獨(dú)立的原子。因此，在R0附近，激發(fā)態(tài)與基態(tài)之間很容易建立起粒子數(shù)反轉(zhuǎn)而產(chǎn)生激光振蕩。準(zhǔn)分子激光器已實(shí)現(xiàn)了紫外波長(zhǎng)可調(diào)諧輸出。

參考書目

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