可調諧激光器

實現激光波長調諧的原理大致有三種。大多數可調諧激光器都使用具有寬的熒光譜線的工作物質。構成激光器的諧振腔只在很窄的波長範圍內才有很低的損耗。因此，第一種是通過某些元件（如光柵）改變諧振腔低損耗區所對應的波長來改變激光的波長。第二種是通過改變某些外界參數（如磁場、溫度等）使激光躍遷的能級移動。第三種是利用非線性效應實現波長的變換和調諧（見非線性光學、受激喇曼散射、光二倍頻，光參量振蕩）。屬於第一種調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、可調諧高壓氣體激光器和可調諧準分子激光器。

染料激光器 工作物質是有機染料，其能級由單重態(S)和三重態(T)組成。S和T又分裂成許多振動－轉動能態，在溶液中這些能態還要明顯加寬，因此能發出很寬的熒光。

圖1、圖2為染料激光器的典型結構示意圖和幾種染料的典型調諧範圍。圖1中用Nd:YAG激光經過倍頻之後產生的 5320埃激光作為泵浦源去激勵染料。在振蕩器部分,條紋間距為d 的衍射光柵和輸出鏡構成諧振腔。這時，只有波長滿足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，旋轉光柵（改變θ角）,就能改變輸出激光的波長。在諧振腔內還插入一個放在壓力室中的標準具。改變壓力室中的氣壓，可使標準具中氣體的折射率隨之而變，從而獲得輸出波長的精細調諧。圖中還有一級放大，以增加輸出激光的功率。

一般染料激光器的結構簡單、價廉，輸出功率和轉換效率都比較高。環形染料激光器的結構比較複雜，但性能優越，可以輸出穩定的單縱模激光。

染料激光的調諧範圍為0.3～1.2微米，是應用最多的一種可調諧激光器。

金綠寶石激光器 一種固體可調諧的激光器。金綠寶石中Cr3+的能級見圖3。發射激光的波長取決於哪個振動能級是激光躍遷的終端。振動能級帶與激光的可調諧範圍相對應。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，調諧範圍7000～8000埃。

色心激光器 色心是晶體中正負離子缺位引起的缺陷。已獲得激光工作的色心主要有、FA(Ⅱ)、FB(Ⅱ)、()A、()* 等，屬四能級工作，由於晶格振動的影響而有很寬的熒光線寬。色心激光器調諧範圍寬(0.6～3.65微米)、線寬窄，但大都只能在低溫下工作。

可調諧高壓氣體激光器 CO2激光器是研究得最多的一種紅外可調諧激光器。當激光器內的壓力增加時，由於碰撞加寬，CO2分子的振動-轉動能級中的支線都加寬以致重疊，因而獲得連續調諧的性能。高壓CO2激光器已實現9～12.5微米的寬頻可調諧輸出。

可調諧準分子激光器 準分子是一種在激發態複合成分子、在基態離解成原子的不穩定碲合物。由其能級示意圖（圖4）可以看出，對應於核間距為R0的基態分子是極不穩定的，會很快分解成獨立的原子。因此，在R0附近，激發態與基態之間很容易建立起粒子數反轉而產生激光振蕩。準分子激光器已實現了紫外波長可調諧輸出。

參考書目

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