第九章-光学功能材料.pptx

第九章 光学功能材料;Company Logo;光学功能材料-发光材料;光学功能材料-发光材料;光学功能材料-发光材料;光学功能材料-发光材料;光学功能材料-发光材料;光学功能材料-发光材料;光学功能材料-发光材料;光学功能材料-发光材料;光学功能材料-发光材料;光学功能材料-发光材料;光学功能材料-发光材料;光学功能材料-发光材料;光学功能材料-发光材料;光学功能材料-发光材料;光学功能材料-发光材料;光学功能材料-发光材料;光学功能材料-发光材料;光学功能材料-发光材料;光学功能材料-固体激光材料;光学功能材料-固体激光材料;光学功能材料-固体激光材料;24;激光特点： （一）定向发光：天生就是朝一个方向射出，光束的发散度极小，大约只有0.001弧度，接近平行。 （二）亮度极高：在激光发明前，人工光源中高压脉冲氙灯的亮度最高，与太阳的亮度不相上下，而红宝石激光器的激光亮度，能超过氙灯的几百亿倍。激光亮度极高的主要原因是定向发光。大量光子集中在一个极小的空间范围内射出，能量密度自然极高。 （三）颜色极纯：激光器输出的光，波长分布范围非常窄，因此颜色极纯。以输出红光的氦氖激光器为例，其光的波长分布范围可以窄到2×10-9纳米，是氪灯发射的红光波长分布范围的万分之二。;（四）能量密度极大 （五）极好的相干性 激光器的基本结构 ;工作物质：通过外界激励能形成粒子数反转，并在一定条件下能产生激光的物质。 泵浦源：用外界能量来激励工作物质，建立粒子数反转分布状态、使粒子从低能级抽运到高能级态的装置泵浦方式：光激励方式，气体辉光放电或高频放电方式，直接注入电子方式， 化学反应方式还有热激励、冲击波、电子束、核能等方式。 光学谐振腔：光波在其中来回反射从而提供光能反馈的空腔。通常由两块与工作介质轴线垂直的平面或凹球面反射镜构成。工作介质实现了粒子数反转后就能产生光放大。谐振腔的作用是选择频率一定、方向一致的光作最优先的放大，而把其他频率和方向的光加以抑制。 ;1、固体激光器：用固体激光材料作为工作物质的激光器，由激光工作物质、激励源、聚光腔、谐振腔反射镜等部分构成。 2、气体激光器：利用气体或蒸气作为工作物质产生激光。由激活气体、反射镜构成的谐振腔和激励源三个部分组成。 3、液体激光器：也称染料激光器，激活物质是某些有机染料溶解在乙醇、甲醇或水等液体中形成的溶液。一般采用高速闪光灯作激光源，或者由其他激光器发出很短的光脉冲。 4、半导体激光器：用半导体材料作为工作物质的一类激光器，由于物质结构上的差异，产生激光的具体过程比较特殊。常用材料有砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。 ; 固体激光工作物质由基质材料和激活离子两部分组成。基质材料：其作用主要是为激活离子提供一个适当的晶格场，决定工作物质的各种物理化学性质； 激活离子：发光中心，实际上是少量掺杂离子，称为激活离子。激光的波长主要取决于激活离子的内部能级结构。 基质晶体：热导率高、硬度高、荧光谱线较窄，但是光学质量和掺杂的均匀性较差。 激活离子的特点： 1、在光源辐射区有较强的吸收，而在发射波段上无吸收； 2、要有较强的荧光辐射，高的量子效率（发射的光子数/吸收的光子数） ;;主要性能： 吸收截面：在入射波的照射下, 大气中分子和粒子吸收的总功率与入射能流密度之比。可由吸收系数除以沿光程方向上单位体积的吸收介质中所含分子的数目求得，σ=[1/(Ne)]ln(p0/p)=a/N。式中N为单位体积中分子的数目；l为光程；α为用自然对数时的吸收系数。 发射截面： 荧光寿命：当某种物质被一束激光激发后,该物质的分子吸收能量后从基态跃迁到某一激发态上,再以辐射跃迁的形式发出荧光回到基态.当激发停止后,分子的荧光强度降到激发时最大强度的1/e所需的时间。即自由离子或晶体中离子的能级寿命。;典型的激光晶体： 1、Nd:YAG晶体：最重要的激光晶体，广泛应用于工业、医疗和科学领域。优点是低出光阈值、高增益，高效率，低1064 nm损耗；同时还有高光学质量、热传导性好、抗热冲击和机械强度高特性，使得Nd:YAG成为了连续，脉冲和锁模激光的最合适和商品化的激光晶体。Nd:YAG晶体也广泛用于各种固体激光器系统：倍频连续波、高能量Q开关，倒空腔等等。 晶体生长采用中频感应提拉法，将各高纯氧化物粉末在空气中适当地预干燥，然后按化学计量比严格称量并研磨均匀，加压成直径略小于坩埚内径的块体，在空气中1350℃恒温预烧数小时后装入铱坩埚中生长晶体。晶体生长方向为(111)，晶转速率10- 20r/min，生长速率1mm/h，生长气氛为高纯氮气。 ;2、Nd：YVO4激光晶体： 3、钛宝石