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固体激光器原理是什么？固体激光器有哪些？固体激光器的优点和特点

来源：中网时间：2023-01-18 11:23:20

1、固体激光器

固体激光器 (Solid-state Laser，SSL)是以固体材料作为激光器的增益介质的一类激光器，主要由增益介质、冷却系统、光学谐振腔和泵浦源四部分组成。自1960年Maiman等人采用红宝石(Cr:Al2O，波长为 694.3nm)晶体作为激光工作物质制作了世界上第一台固体激光器以来，固体激光器一直是科学家研究最多的激光器之一。与其他激光器相比，固体激光器具有输出功率大、输出波长范围广(尤其是结合倍频技术)、可实现连续或脉冲输出、使用方便等独特优点，被广泛应用于工业、军事、信息、农业、科学、医疗、商业等各领域。

2、固体激光器工作原理

固体激光器工作原理是四大组成部分的组合运转，增益介质是固体激光器的核心，由基质和激活粒子两部分组成，基质决定了增益介质的理化性质，而激活粒子的能级结构和迁跃特性则对激光器的性能与荧光寿命有决定性的影响;冷却系统是固体激光器的关键，通过其来带走增益介质内部的热量，以降低增益介质的热效应;光学谐振腔由全反射镜和半反射镜组成，通过光子的正反馈来持续震荡形成受激发射，同时控制光束的方向与频率，保证输出激光的高单色性和高定向性;泵浦源提供特定频率的光照使增益介质内部的粒子由低能态激发至高能态，实现粒子反转。

3、固体激光器与光纤激光器的区别

二者区别主要体现在激光加工应用领域的应用差异：

(1)激光打标

固体激光器：金属/非金属材料打标，其中非金属材料包括包装物、玻璃、陶瓷、塑料、聚合物等，尤其是精细及高单价材料打标使用。

光纤激光器：主要为金属材料打标。

(2)激光切割

固体激光器：金属/非金属材料切割，尤其是薄材料的高精度切割。

光纤激光器：主要为金属材料切割，以厚材料切割为主。

(3)激光钻孔

固体激光器：金属/非金属精密钻孔。

光纤激光器：主要为金属、陶瓷等钻孔。

(4)激光焊接

固体激光器：主要为非金属材料焊接，尤其是薄材料的高精度焊接。

光纤激光器：主要为金属材料焊接，以厚材料焊接为主。

主要区别：

固体激光器峰值功率高、脉冲能量大，并能够通过非线性晶体将红外光转换为绿光、紫外光及深紫外光等多种短波长激光输出。短波长激光热效应小，可达到更高加工精度，从而实现超精超微加工。此外，大部分材料尤其是非金属材料对短波长的吸收与利用效率明显优于红外波长，因此固体激光器适用的材料种类可以突破金属材料的限制并延伸至非金属材料范围，在薄性、脆性材料加工方面具有优势，用于微加工领域。

光纤激光器输出的为红外光，主要应用于具有一定厚度的金属材料的宏观加工领域。

(5)增材制造(3D打印)

固体激光器：光固化和高熔点高反材料的3D打印。

光纤激光器：金属烧结

主要区别：光固化作用于光敏树脂，树脂材料不吸收红外光，高反材料反射红外光等长波长光束，因此该类应用主要使用固体激光器;金属烧结主要作用于金属材料，高功率连续输出的光纤激光具有优势。

(6)激光熔覆

主要以光纤激光器为主，激光熔覆类似于金属烧结，主要使用光纤激光器。

(7)前沿科学研究

主要以固体激光器为主，包括环境分析、基因分析、核聚变等领域。

该类应用场景的精度要求均已达到亚微米甚至纳米级别，固体紫外激光器因其短波长、高峰值功率、大脉冲能量的优势成为该类应用场景中核心加工装备光源的优先选择。

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