所在院材料工程系浙江工贸职业技术学院单元教学设计20—20学年第学期课程名称授课班级任课教师激光原理与技术光机电0张单元序号及单元标题：4.染料激光器授课班级上课时间上课地占八、、学习染料激光器原理及染料激光器的激发机理，掌握染料激光器的泵浦及染料激光器的调谐方法教学目的能力（技能）目标染料激光器的泵浦染料激光器的调谐重重点讲述染料激光器的激发机理占八、、难占八、、及解决方法参考资料知识目标染料激光器原理染料激光器的激发机理单元教学设计基本框架第一部分：组织教学和复习上次课主要内容（时间：分钟）第二部分：学习新内容【步骤一】染料激光器（时间：分钟）1966年，人们第一次利用巨脉冲红宝石激光器泵浦氯化铝酞化菁（CAP）和花菁类染料,获得了受激辐射。此后，染料激光器得到了迅速的发展。染料激光器受到人们重视的原因是：①输出激光波长可调谐，某些染料激光波长可调宽度达上百毫微米；②激光脉冲宽度可以很窄，目前，由染料激光器产生的超短脉冲宽度可压缩至飞秒（10-15秒）量级；③染料激光器的输出功率大，可与固体激光器比拟，并且价格便宜;④染料激光器工作物质具有均匀性好等优良的光学质量。因此，它在光化学、光生物学、光谱学、化学动力学、同位素分离、全息照相和光通信中，正获得日益广泛的重要应用。【步骤二】染料激光器的激发机理（时间：分钟）1.染料分子能级染料激光器的工作物质是有机染料溶液。每个染料分子都由许多原子组成，其能级结构十分复杂。由于染料分子的运动包括电子运动、组成染料分子的原子间的相对振动和整个染料分子的转动，所以在染料分子的能级中，对应每个电子能级都有一组振动一转动能级，并且由于分子碰撞和静电扰动，振动一转动能级被展宽。因此，染料分子能级图是如图（5-17）所示的准连续态能级结构。在电子能级中，有单态和三重态两类，三重态较相应的单态能级略低。染料分子能级中，每一个单态（S。、S］、S2……）都对应有一个三重态（T「T2……）。S0是基态，其它能级均为激发态。图（5－17）染料分子能级图图（5—18）染料的吸收一荧光光谱图（时间：分方便。1闪光灯脉冲泵浦泵浦用闪光灯有两种结构，普通直管式和同轴式。直管式闪光灯泵浦染料激光器的结构形式类似于固体激光器。闪光灯泵浦方式的结构简单，价格便宜，但因泵浦光脉冲较宽（一般为10-4-10-6秒），三重态的影响不能完全消除，还须在染料中添加猝灭剂。2.激光脉冲泵浦能够用于泵浦染料激光器的激光种类很多，主要有氮分子激光器（0.337pm），红宝石激光器（0.6943pm）,钕玻璃激光器（1.06pm），铜蒸气激光器（0.5106pm、0.5782pm），准分子激光器（主要在紫外区），以及这些激光的二次、三次谐波等。选用泵浦激光的原则是：①泵浦光谱应与染料吸收光谱匹配；②泵浦光功率、能量应满足要求；③泵浦光脉冲宽度应短,足以消除三重态的猝灭作用。图（5—19）是目前经常采用的三镜腔式染料激光器结构示意图。泵浦激光穿过激光器反射镜照射到染料上，该染料实际是由循环泵形成的染料喷膜，所产生的受激辐射光在折叠腔内振荡，形成激光输出。图（5—19）三镜腔染料激光器【步骤四】染料激光器的调谐染料激光器与其它激光器相比较的突出特点是激光波长可调谐。为了实现精确的调谐和获得较窄的线宽，需要有一个带有波长选择装置的谐振腔。经常采用的波长选择装置有光栅、棱镜、F-P标准具、双折射滤光片、分布反馈装置、电控调谐元件等。下面介绍几种典型的调谐系统。一反射镜调谐腔，放在腔中的光栅q具有扩束和色散作用。q的不同波长的一级衍射光相对反射镜R2来说，有不同的入射角。于是，当旋转R2使某一波长的入射角为零时，该波长光便能低损耗地返回谐振腔，形成振荡。因此，旋转R2便起到了调谐作用。一种光图(5—20)光栅一反射镜调谐腔2.棱镜调谐图(5-21)是一种折叠式纵向泵浦染料激光器原理图，腔内放置的棱镜是一种色散元件。利用棱镜的色散特性，将泵浦光耦合到腔内，并与染料流形成同轴泵浦形式。由于棱镜的色散作用，一束来自M3、M2的不同波长的光，将有不同的折射方向，当旋转平面反射镜M1使其与某一波长的光垂直时，该波长光便能返...
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