《光电子材料》课件

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1、第七章光电子材料在光电子技术领域应用的，以光子、电子为载体，处理、存储和传递信息的材料。光电子技术是结合光学和电子学技术而发展起来的一门新技术，主要应用于信息领域，也用于能源和国防领域。已使用的光电子材料主要分为光学功能材料、激光材料、发光材料、光电信息传输材料（主要是光导纤维）、光电存储材料、光电转换材料、光电显示材料（如电致发光材料和液晶显示材料）和光电集成材料。本章主要从光信息领域分类的角度，介绍固体激光材料、半导体发光材料、光导纤维材料和透明导电材料，17.1固体激光材料激光的特点及发光原理激光是一种新型光源，方向性好，亮度高，能量集中，可在微米大小圆斑内产生几万乃至几百

2、万摄氏度的离温。特点——单色性好：谱线宽度越窄(即波长范围越小)，光的单色性就越好。因为激光是在特定能级之间实现粒子数反转后产生的受激辐射，又经过谐振腔的选频作用，使其输出光的谱线宽度很小，即具有很好的单色性。利用激光的单色性好，谱线分辨率高，可用来研究物质的能级和光谱的精细结构，制成一年内误差不超过一微秒的标准钟。27.1固体激光材料激光的特点及发光原理激光是一种新型光源，方向性好，亮度高，能量集中，可在微米大小圆斑内产生几万乃至几百万摄氏度的离温。特点——方向性好：通常用光的发散角来描述其方向性，发散角越小，方向性越好。普通光源中最好的探照灯，其发散角为0.1rad(弧度)。

3、如果把它照射到离地球40万公里的月球上(这实际是不可能的)，其光斑直径有几万公里。在激光器中，由于受激原子发光的方向与外来光相同，再加上谐振腔只允许沿轴线传播的光得到放大，使输出激光的方向性很好，发散角可达10rad，把它照射到月球上，光斑直径不到2km。利用激光的方向性好，可用于测距、定位、导航等。37.1固体激光材料激光的特点及发光原理激光是一种新型光源，方向性好，亮度高，能量集中，可在微米大小圆斑内产生几万乃至几百万摄氏度的离温。特点——相干性：时间相干性和空间相干性都很好所谓相干性是指两束光能够发生干涉，形成稳定的明暗相间干涉图像的特性。由于受激辐射原子发出的光在频率、位

4、相、振动方向等方面都同外来光子一样，使激光具有很好的相干性比较接近于理想的、完全相干的电磁波。一般单色光源发出光的相干长度不超过0.1m，但激光的相干长度可达几十公里。这里的相干长度是指把一束光分成两束，让它们经过不同的路程，能够产生干涉的最大光程差。利用激光的相干性好，可以进行全息摄影，进行精密测量。47.1固体激光材料激光的特点及发光原理激光是一种新型光源，方向性好，亮度高，能量集中，可在微米大小圆斑内产生几万乃至几百万摄氏度的离温。特点——高亮度：由于激光器可以做到断续发光，使其能量积累到一定程度再突发出来，因而具有很高的功率，最大可达10W，再加上激光的方向性好，使其亮度

5、极高，比太阳的亮度还高出上千亿倍，只有氢弹爆炸瞬间的强烈闪光才能与之相比。利用激光的高亮度，可以在局部范围产生10万度以上的高温，进行打孔、焊接、手术以及可控热核反应等等。57.1固体激光材料激光的特点及发光原理发光机制——受激辐射普通光源的发光机制主要是自发辐射，而从激光器中射出的激光却主要由受激辐射产生。当频率为f的光子作用在具有相相同能级的原子系统时，将发生两个不同作用：一是当光子与已处于高能级的激发原子作用时，会产生受激辐射，光子增殖；二是当光子与低能级原子作用时，低能级原子被激发到高能级，入射光子被吸收，光子数减少。因此，当光子射人原子系统时，系统使光子增殖还是减少，完

6、全取决子该原子系统中处于高能态与低能态原子的比率。为了使受激辐射成为主导，必须使高能级粒子数超过低能级粒子数，即所谓要求实现“粒子数反转”。激光材料（激光工作物质）实质上就是具有适当的能级结构，可实现粒子数反转（通过对其激励，使粒子从低能级跃迁至高能级，通常称为“光泵”）的工作物质。67.1固体激光材料激光晶体根据晶体的组成和激光激发过程中所起的作用，材料结构可分为两个部分——组成晶格的主组分称为基质晶体，其作用主要是为激活离子提供一个适当的晶格场。另一部分是发光中心，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。激光器主要由工作物质(基质和激活

7、离子)、激发源(泵浦)和共振腔组成。工作物质就是指借助外来能源激励实现粒子数反转(即：使其处于高能级的粒子数多于处于低能级的粒子数，是产生激光的关键)并产生受激辐射放大作用的物质系统，这个物质系统即为我们所要讨论的激光材料。77.1固体激光材料激光晶体对固体基质材料的性能要求——具有强的荧光辐射、高的量子效率、适当的荧光寿命和受激发射截面。这是获得较小光泵阀值能量和尽可能大的激光能量输出的需要。应具有优良的静态光学均匀性，这就要求材料所含杂质颗粒、不熔物、气泡、条纹和应力等缺陷尽