[实用新型]碱金属蒸汽激光器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种激光器，具体地，是一种对碱金属蒸汽原子激发形成激光的碱金属蒸汽激光器。

背景技术

金属蒸汽激光器作为一种可靠的高功率激光器，曾经广泛应用在多个领域，如铜、金、铅等金属蒸汽激光器曾被广泛应用在同位素分离、飞秒脉冲产生及医疗等领域。但这些金属蒸汽发生器存在工作温度高、使用操作不方便、效率较低等缺陷，逐渐被固体激光器及光纤激光器所取代。

但高功率固体激光器及光纤激光器存在热透镜效应，高功率激光束通过激光介质时，由于热透镜效应，激光模式严重退化，导致激光束无法紧密聚焦、远距离传送过程中容易发散、超高功率使用受限等缺陷，人们转而开始研发新型的高效率的无热透镜效应的碱金属蒸汽激光器。

如US6643311号美国专利公开了一种二极管泵浦的使用锂、钠、钾、铷、铯等碱金属蒸汽作为媒质的碱金属蒸汽激光器，该激光器利用二极管泵浦光对碱金属蒸汽原子进行激发产生激光，其激发原理如图1所示。

图1示出一个三能级的激光产生系统，碱金属原子中的电子未受到激发时处于基态²S_1/2，即位于E0能级上。当碱金属原子的电子受到发光二极管发出的泵浦光激发时，即从基态跃进至第二激发态²P_3/2上，即位于E2能级上。由于E0能级与E2能级之间的距离为D2，因此这一过程称为D2跃进。

随后，处于E2能级上的电子由于寿命极短，将迅速地无辐射跃迁至第一激发态²P_1/2上，即位于E1能级上，并从第一激发态²P_1/2 产生激光跃迁至基态²S_1/2，即返回E0能级上。E1能级与E0能级之间的距离为D1，因此电子从E1能级跃进至E0能级的过程称为D1跃进。在D1跃进过程中，碱金属原子的电子释放出能量，从而形成激光。

所有的碱金属蒸汽均具有类似的能级结构，第一激发态与第二激发态之间的能量差是一种能量损失，被称为量子能量缺陷，而D1线与D2线之间的能量差很小，这就是碱金属蒸汽激光器效率高的原因。表1列出了几种碱金属蒸汽的D1跃进与D2跃进的波长及量子能量缺陷。

碱金属D2（nm）D1（nm）ΔE（cm^-1）ΔE/E2铯852.1894.3554.14.7％铷780.0794.8237.51.85％钾770.1766.957.70.44％钠589.2589.817.20.10％锂670.0670.10.30.002％