掺Nd钇铝石榴石激光材料课程.ppt

Nd:YAG 掺钕钇铝石榴石晶体 学号：3110707047 姓名：黎学品 工作物质是激光器的核心，它的主要作用有2个方面，一个是发出激光，另一个是作为介质传播光束。 对工作物质有一定的要求： 有宽而多的吸收带， 亚稳定有较长的寿命 产生激光时，相应的低能级高于基态能级。 固体激光器的工作物质由两部分构成： 激活粒子（真正产生激光的离子） 基质材料（传播光束的介质）。 晶体激光器 玻璃激光器 Nd:YAG激光（Neodymiumdoped?Yttrium?Aluminium?Garnet;Nd:Y3Al5O12或称之为钇铝石榴石晶体）,钇铝石榴石晶体为其激活物质，晶体内Nd原子的含量为0.6～1.1%， 属固体激光，发射激光为 红外波长1.064um.属四能 级系统。 钇铝石榴石（??3????5??12） 属立方晶系，其晶格 常数为??0=1.2002nm 它的分子式结构又 可写成??3??4(????4)3， 其结构模型见图 ?Nd:YAG激光器是目前最常用的一类固体激光器，掺钕钇铝石榴石的参量特别有利于激光作用的产生，YAG基质硬度高、光学质量好、热导率高；YAG的立方结构也有利于产生窄的荧光谱线，从而实现高增益,低阈值的激光运转。 由于受到杂质分凝系数及尺寸的限制, 输出功率小, 发光效率低, 从而妨碍了单晶的应用。近年来将N d: YAG 做成透明的多晶陶瓷, 逐步克服了这方面的缺点。 固相反应法 透明陶瓷作为一种多晶结构材料，制备过程中，伴随着气孔、杂质和晶界等结构缺陷的形成、迁移和消失，这些缺陷的存在都会对光的传输产生一定得影响。 气孔是影响透明陶瓷光学质量最主要的因素，研究表明，气孔所引起的光损耗占所有损耗的绝大部分，彻底消除材料内部气孔，可明显改善材料光学质量。 杂质来源主要包括：（一）实验原料本身所包含以及实验操作过程所带入杂质；（二）实验过程所用烧结助剂、添加剂以及稀土离子掺杂均被视为杂质引入。 多晶陶瓷中晶粒取向是随机分布，当光通过材料内部，光从一个晶粒进入相邻的另一个晶粒，如果晶粒间存在双折射或者有晶间相存在，将对光产生界面反射和折射，降低材料的光学透过率。 2005 年,达信系统公司的研究人员研制的N d: YAG 激光器获得了创纪录的5 kW 功率输出, 持续工作时间达到10 s，目前,美国已经开发出激光输出功率更高的固体激光器。 材料的制备工艺也有较大的进步。D.Hreniak 等报道了采用低温高压( LT HP) 法制备掺Nd( 原子分数4%) 的Nd: YAG 透明陶瓷, 发光性能也比较好。 中国科学院上海硅酸盐研究所和山东大学研究的有关材料已经获得了激光输出上海硅酸盐研究所透明Nd: YAG 陶瓷的输出功率达到了10 W, 这是我国目前见诸报道的最高水平, 在光学领域,Nd: YAG 透明陶瓷是非常优秀的激光基质材料。 目前, 透明Nd: YAG 陶瓷激光材料的应用发展方向主要有: 采用高原子分数材料发展高效、高功率微片激光器; 采用掺杂原子分数相对较低而尺寸大的材料发展高功率激光器; 发展超大尺寸材料用于激光核聚变系统的激光点火装置。 谢谢！