《激光晶体》PPT课件.ppt

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1、4、激光晶体4.1固体激光器工作物质的性质4.2红宝石激光晶体4.3Nd:YAG激光晶体4、激光晶体掌握固体激光器工作物质组成和各组分的特点；掌握常用的激光晶体的吸收光谱和荧光辐射光谱；4.1固体激光器工作物质的性质第一台激光器：(693.4nm)1960年，梅曼。通用公司用于航空拍摄的螺旋形闪光灯，红宝石直径1CM，长2CM，端面镀银，其中一面留有小孔。结构：灯、棒、腔。4.1固体激光器工作物质的性质4.1固体激光器工作物质的性质一.工作物质在激光器中的作用：吸收泵浦源的能量，形成粒子数反转；受激辐射。4.1固体激光器工作物质的性质红宝石激光器工作物质的组成：掺铬Cr的Al2O3，其

2、中基质材料——Al2O3刚玉激活离子——Cr离子（Cr2O3重量比0.05%）4.1固体激光器工作物质的性质二、工作物质的组成：基质：为激活离子提供载体；激活剂（发光中心）：产生受激辐射。三、激活剂的特点：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）。4.1固体激光器工作物质的性质荧光是一种光致发光的冷发光现象。当某种物质经某种波长的入射光（通常是紫外线或X射线）照射，吸收光能后进入激发态，然后跃迁回基态，并发射光子。ZnS、CaS另一种光致发光现象：磷光（余辉时间长）日光灯中的荧光辐射：灯管中有氩气和少量的水银

3、蒸汽；放电时，水银原子吸收电子撞击的能量，激发到不稳定的激发态，当跃迁到基态时，辐射254nm的紫外光；灯管壁上涂有荧光物质，该物质在紫外线的照射下，辐射光谱很宽的电磁波，在可见光波段。X光的探测和成像四、基质的特点：透明稳定性好熔点高膨胀系数小热导率高机械强度高4.1固体激光器工作物质的性质五、基质的分类：晶体玻璃陶瓷目前最常用的是金属氧化物和氟化物。氧化物：稳定、熔点高，制造困难氟化物：稳定性差、熔点低、制造简单六.激活离子的分类（元素周期表中的位置）：过渡金属离子：最外层和次外层的部分电子都可以作为价电子，可形成多种价态的正离子。Cr稀土金属离子：Nd稀土元素：17个。1、原子最

4、外层都是s2结构，都是活泼金属；2、次外层具有nd0～1ns2np6结构，3价稀土离子均具有ns2np6稳定结构；3、从铈到镥，电子开始填充在倒数第三层的4f轨道上。使得从镧到镥，最外层和次外层电子结构基本相同，只是倒数第三层上4f电子数不同。因此镧系元素尤其是镧系元素的化合物的物理性质和化学性质表现出极大的相似性和一定程度的有规律的变化趋势。4.2红宝石晶体一、红宝石晶体组成：化学式：Cr3+:Al203；激活离子：Cr3+；基质：刚玉晶体(化学成分是A12O3)。掺入Cr2O3的最佳量为0.05%(重量比)。红宝石的光谱特性主要取决于Cr3+，外层电子为3d3。Cr原子24个核外电

5、子依次排列为（28131）电子的分布为(spdf)1s22s22p63s23p63d54s1二.红宝石中铬离子的吸收光谱：吸收紫蓝光和黄绿光，峰值波长在0.41um附近的称为蓝带;峰值波长在0.55μm附近的称为绿带。这两个吸收谱带,吸收带宽均约0.1um左右，比较宽。在入射光的振动方向与晶体光轴C相垂直或平行这两种情况下,其吸收曲线略有差别。4.2红宝石晶体吸收系数：A=Ln（I0/I1)/L单位：CM-1波长0.41um的线偏振光，偏振方向垂直红宝石的光轴，经过3cm厚度的红宝石晶体后，光强衰减为入射光的多少倍？三.能级图：吸收带亚稳态：3ms基态无辐射快速跃迁激光跃迁4.2红宝石

6、晶体红宝石有两条强荧光谱线(R1和R2线),分别为E和2A能态向4A2跃迁产生的,室温下对应的中心波长分别为0.6943um（R1）和0.6929um（R2）。R1和R2的相对强度7：5，R1荧光谱线的强度更高。注意：荧光是自发辐射四.激光输出：红宝石激光器通常只产生0.6943um的受激辐射，原因？4.2红宝石晶体按波尔兹曼分布规律,2A能级上约占47%,E能级上约占53%；R1线荧光强度比R2线高,使得R1线的受激辐射几率比R2线高，因此,R1线容易达到阈值而形成激光振荡；4.2红宝石晶体E上的粒子跃迁后,2A上的粒子便迅速地(约10ns)转移到E上去,这就加强了R1线,而抑制了R

7、2线。在激光脉冲持续时间远大于10-9s时,亚稳态上的位子均将通过R1线的受激辐射回到基态。五.红宝石激光器的特点：缺点：阈值高(三能级)。优点:机械强度高,能承受很高的激光功率密度;容易生长成较大尺寸;红宝石激光器输出的红光(0.6943um),不仅能为人眼可见,而且很容易被探测接收(目前大多数光电元件对红光的感应灵敏度较高)。亚稳态寿命长,储能大,可得到大能量输出，单级调Q器件很容易得到几十兆瓦的峰值功率输出(脉冲输出）。