第二讲固体激光材料精要.ppt

Nd:YLF在激光器中应用 大储能有利于二极管泵浦 中等能量Q开关输出 Q开关振荡器－放大器结构 * 三、Nd:GGG 石榴石晶体： Gd3Ga5O12(GGG) Gd3Sc2Al3O12(GSAG) Gd3ScGa3O12(GSGG) 立方晶系 生长速度快，可以获得大尺寸 板条Nd:GGG可以获得千瓦输出 * 四、Nd:LMA 掺钕铝酸镁镧Nd3+:LaMgAl11O19 六方晶系，单轴晶体 掺杂浓度高：1.2E21cm-3 提拉法生长，可以得到大尺寸晶体 物化性能稳定，热导率高，可高功率输出 波长：1.054um和1.083um * Nd:LMA的吸收光谱 * Nd:LMA的荧光光谱 * 2.6 其它固体激光工作物质 Er:YAG和铒玻璃 掺钴氟化镁和掺铬氟化锂锶铝 掺钛蓝宝石（钛宝石） 掺铬铝酸铍（紫翠宝石） * Er:YAG和铒玻璃 Er:YAG激光波长2.94um, 1.6um 铒玻璃激光波长1.54um * 掺钴氟化镁 Co2+:MgF2 调谐范围1.7~2.5um 低温工作 * 掺铬氟化锂锶铝 * 掺铬氟化锂锶铝 * Cr:LiSrAlF6 调谐范围780～920nm 与钛宝石光谱有较大重叠 激发态寿命比钛宝石长20倍 可以获得大尺寸晶体 掺钛蓝宝石（钛宝石） * 掺钛蓝宝石（钛宝石） Ti3+:Al2O3 调谐范围 660～1180nm 增益高 σ＝41E-20cm2 荧光寿命短3.2us * 掺钛蓝宝石（钛宝石） * 几种飞秒激光材料参数比较 * 掺铬铝酸铍(紫翠宝石） * Cr3+:BeAl2O4 别名：金绿宝石，绿宝石，翠绿宝石 正交晶系，双轴晶体 机械性能与红宝石相似 调谐范围700～830nm 吸收带380～630nm 掺铬铝酸铍(紫翠宝石） * 掺铬铝酸铍的应用 高温性能好，34－310℃都可输出激光 可以高重复频率工作 可以用闪光灯和其它激光泵浦 可以连续、调Q，锁模等多种方式工作 * 思考题 激光材料的辐射截面、吸收截面、荧光寿命、增益线宽分别决定激光器哪方面性能？ 简述钛宝石激光材料的主要特点，钛宝 石作为超快激光材料的优势是什么？ 激光玻璃和陶瓷作为高能激光器材料的特点是什么，它们的主要差别是什么？ * * * * * 第三节课讲到此 * 红宝石激光器是1960年世界上制成的第一台激光器，也是最早应用于医疗上的激光器。 * 工作物质的劣化与破坏 破坏阈值 影响因素 工作物质本身：内部，表面 脉宽 谐振腔是否有聚焦点 * * 3.破坏如何避免 注意表面加工质量,如划痕、疵点 注意激光光强，特别是超短脉冲 (3) 与光学谐振腔的腔型有关 为防止工作物质的自身破坏，主要措施是：提高工作物质的质量；尽量加长脉宽；防止工作物质内部或附近有会聚中心，尽量采用发散光束或光强均匀且宽粗的光束通过工作物质；提高表面加工质量，并注意防止灰尘及其它物污染工作物质端面。 工作物质几何尺寸和加工要求 形状：圆柱棒，矩形片，圆片 圆柱棒 长径 散热，表面积大，散热好 阈值，棒细长，阈值低 经验：10:1~20:1 端面 平行度，5‘’～10‘’ 粗糙度 60-40 scratch/dig 平整度:1/4波长 侧面 磨毛 * 2.2 红宝石 * 红宝石晶体结构 * Cr3+:Al2O3 六方晶系，负单轴晶体(none) 粉红色 提拉法生长 可以获得大尺寸晶体 红宝石物理，化学特性 * 红宝石的基本物理化学特性 莫氏硬度 9 熔点 2050（摄氏度） 热导率 0.42W/cmK(300K) 10W/cmK(77K) 热膨胀系数 6.7E-6K-1(平行于c） 5.0E-6K-1(垂直于c） 化学性质 稳定，抗腐蚀 红宝石激光性能——能级结构 * 红宝石激光性能——吸收光谱 * 红宝石激光性能——主要参数 掺杂浓度 1.58E19(cm-3) 受激辐射截面 2.5E-20(cm2) 波长 694.3nm 荧光寿命 3.0ms 量子效率 0.7 谱线线宽 11(cm-1) 5.3(埃) * 红宝石激光器特点 输出694.3nm波长的可见激光。光谱线宽0.01~0.1nm。易于接收和检测； 晶体升温时(大于50℃）时，荧光量子效率显著下降，谱线宽度增大，使激光输出水平下降甚至停振，故一般应采取冷却措施； 激发效率较低，不适合连续工作； 输出发散角较大，一般约为3～10mrad 中国第一台激光器(1961)--“小球照明红宝石”激光器在当时激发方式上，比国外激光器具有更好的激光效率 红宝石激光器的应用 眼科：用于视网膜的焊接，治疗青光眼，虹膜的切除等； 激光的首次在医学上的成功应用是进行眼内手术，无需要切开眼球。早在1962年，一台红宝石激光器将