6.2 固体激光材料幻灯片.ppt

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6.2 固体激光材料幻灯片

在光泵浦下,Nd3+由基态跃迁到各吸收能级后,很快通过无辐射驰豫跃迁到亚稳态4F3/2,由4F3/2向下能级自发辐射产生荧光 Nd:YAG的吸收光谱图 (300K) 掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG) 室温下Nd:YAG在近红外区有三条明显的荧光谱线,其中心波长和所对应的能级跃迁为 : Nd:YAG的吸收光谱图 (300K) ~0.946μm4F3/2→4I9/2 ~1.06μm4F3/2→4I11/2 ~1.35μm4F3/2→4I13/2 掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG) 其中以1.06μm处的荧光谱线最强 4F3/2→4I9/2的跃迁属三能级系统,阈值高,只有低温下才能实现激光振荡 4F3/2向4I11/2和4I13/2的跃迁都属四能级系统,阈值低,易于实现激光振荡 Nd:YAG的吸收光谱图 (300K) 掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG) 1.06μm的荧光强度较1.35μm的约强四倍,1.06μm的谱线首先起振,并抑制1.35μm的谱线起振,在Nd:YAG激光器中通常只观察到1.06μm的激光。 Nd:YAG的吸收光谱图 (300K) 掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG) 只有采用专门选频措施后,才能实现1.35μm的激光振荡。 用选频的方法可使Nd:YAG产生20种以上的激光跃迁。 掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG) Nd:YAG的特点 很高的荧光量子效率(大于99.5%),室温下为因晶格热振动引起的均匀加宽 迄今为止实用化程度最高的激光晶体,既可连续、准连续又可脉冲工作 既能做成中小功率和微片激光器,又能做成千瓦级高功率固体激光加工机。 掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG) Nd:YAG制备 将一定比例的Al2O3,Y2O3和Nd2O3熔化结晶而成 制备Nd:YAG晶体的主要方法是提拉法,按加热方法的不同分为电阻加热和高频感应加热两种 Nd3+在YAG中的分凝系数为0.2,限制了Nd:YAG的生长速度。对Φ40mm以上的晶体,生长速度为0.5~0.7mm·h-1 掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG) 钕玻璃 钕玻璃的组成 钕玻璃是在某种成分的光学玻璃(硅酸盐、磷酸盐、氟磷酸盐、硼酸盐等)中掺入矢量的Nd2O3制成的。 Nd2O3掺入量为1wt%~5wt%,Nd3+浓度为3?1020cm-3左右。 目前用的最多的是硅酸盐和磷酸盐钕玻璃 钕玻璃的能级和吸收谱 Nd3+在玻璃中和晶体中的能级结构基本上相同,仅能级的高度和宽度略有差异 钕玻璃 硅酸盐钕玻璃的吸收光谱与Nd:YAG的吸收光谱相似,但吸收带较宽,对应与4F3/2向4I9/2,4I11/2和4I13/2的跃迁出现三条荧光谱线 钕玻璃的吸收光谱 ED-2,厚度6.3mm 钕玻璃 与Nd:YAG相似,通常硅酸盐钕玻璃只产生1.06?m的激光振荡,只能用选频方法,才能得到1.37 ?m的激光 钕玻璃 Nd3+在玻璃中与1.06?m跃迁有关的能级结构 Nd3+在玻璃中的部分能级图 1.06?m荧光线宽约为250cm-1 荧光量子效率为0.3~0.7 荧光寿命为0.6~0.9ms 受激发射截面3?10-20cm-3 室温下,钕玻璃中配位场不均匀性引起的非均匀加宽是主要加宽机制 钕玻璃 钕玻璃性能特点 钕玻璃荧光寿命长,有高储能特点,可用于高功能激光器中 钕玻璃的荧光线宽很宽,适于制作超短冲锁模器件 制备工艺成熟,易获得光学均匀性好的材料 形状与尺寸可在大的范围内变化 钕玻璃 与硅酸盐钕玻璃相比,磷酸盐主要特点是较大的受激发射截面(?=3.7~4.5?10-20cm-3)和较小的非线性折射率(n2=0.91~1.15 ?10-13esu-3 ),4F3/2?4I11/2中心波长为1.054?m。 磷酸盐钕玻璃是目前核聚变固体激光驱动器中的主要激光工作物质 钕玻璃 热导率低(约为Nd:YAG的十分之一) 热膨胀系数大 不适于连续和高重复频率工作 钕玻璃主要缺点 钕玻璃 其他掺钕激光工作物质(一) Nd:YAP(掺钕铝酸钇) 化学表示式Nd3+:YAlO3,简记为Nd:YAP 属 斜六方晶系,负单轴晶体,各向异性,能获得线偏振光输出 Nd:YAP的结构 Nd:YAP光谱 非偏振吸收强度随不同结晶方向而变化 Nd:YAP在室温下的吸收光谱(Nd3+含量0.8%) 其他掺钕激光工作物质(一) YAP晶体的两个光轴A1,A2在晶轴a,c组成的平面内互成70?角,晶轴c沿70 ?角平分线 按Nd:YAP棒轴相对于晶轴取向的不同分为b轴棒和c轴棒 Nd:YAP棒的相对轴线对于晶轴的取向 其他掺钕激光工作物质(一) b轴棒,激光的电矢量与A1平行,1.0795?m谱线的增益最大 c轴棒,Nd:YAP棒轴沿晶轴c方向, 1.0645?m谱线的增益最大 Nd:YAP棒的相对轴线对于晶轴的取向

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