激光产业第二期第一集这门生意,从何而来?

激光,英文名是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation,其英文意思是“通过受激辐射光扩大”。

这个含义,浓缩了其技术核心。激光器,作为能够发射激光的装置,主要由三部分组成:激发增益介质的泵浦源,产生光子的增益介质、使光子得到反馈并在增益介质中进行谐振放大的光学谐振腔。

它工作原理是:泵浦源释放能量,增益介质吸收能量,谐振腔放大能量后输出激光。

激光的理论基础由爱因斯坦于1917年发现,核心是:光与物质相互作用。

其理论主旨是:组成物质的原子中,存在分布在不同能级上的粒子(电子),在高能级上的粒子受到某种光子的激发,会从高能级跳到到低能级上,这时会辐射出与激发它的光相同性质的光,而且在某种状态下,能出现一个弱光激发出一个强光的现象。

20世纪50年代,美国科学家汤斯及前苏联科学家普罗科霍罗夫分别独立发明了一种在微波波段的受激辐射放大器(放大器和激光器的区别在于放大器不需要谐振腔)。

1958年,汤斯和他的学生肖洛发现了一种神奇的现象:将氖光灯泡所发射的光照在一种稀土晶体上时,晶体的分子会发出鲜艳的、始终会聚在一起的强光。

根据这一现象,他们提出了"激光原理",即物质在受到与其分子固有振荡频率相同的能量激发时,都会产生这种不发散的强光——激光。

1960年7月,第一台红宝石激光器诞生。

在美国休斯飞机公司研究实验室工作的科学家梅曼,把一块边长约1厘的人造红室石的相对两面镀上银,再把它放在一架闪光灯下照射,红宝石产生了在可见光内的深红色激光。

之后,科学家用不同材料制造出了不同种类的激光器。

1960年12月,出生于伊朗的美国科学家贾万率人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砷化镓半导体激光器,这是今天小型商用激光器的支柱。

1964研制成了氩离子气体激光器、二氧化碳激光器、化学激光器,玻璃激光器。

而玻璃激光器,实际上就是光纤激光器,但是由于光纤的纤芯很细,一般的泵浦源(例如气体放电灯)很难聚焦到芯部,导致在以后的二十余年中光纤激光器没有得到很好的发展。

后来随着半导体激光器泵浦技术的发展,1987年英国南安普顿大学及美国贝尔实验室采用半导体激光光泵作为泵浦源,掺铒单模光纤作为增益介质,对光信号实现放大,实验证明了掺铒光纤放大器(EDFA)的可行性,不过,这种方法的缺陷在于,功率很低。

为了提高功率,1988年左右,科学家提出一种包层结构谐振腔,初期的设计是圆形的内包层,但由于圆形内包层完美的对称性,使得泵浦吸收效率不高,直到九十年代初矩形内包层的出现,使激光转换效率提高到50%,输出功率达到5瓦。

1999年用四个45瓦的半导体激光器从两端泵浦,获得了110瓦的单模连续激光输出。

目前,随着高功率半导体激光器泵浦技术,以及双包层光纤制作工艺的发展,光纤激光器的输出功率逐步提高。

预知详情,且听下回分解

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