固体激光器ppt课件.ppt

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1、激光原理与技术高春清：信息楼5014电话：68912574，Email:激光的发明1917年爱因斯坦提出“受激辐射”的概念，奠定了激光的理论基础；1958年美国ColombiaUniversity（贝尔实验室）的CharlesH.Townes（汤斯）教授和他的学生JamesP.Gordon和HerbertJ.Zeiger把微波放大的技术应用于光波，奠定了激光发展的基础。同一年，前苏联的LebedevinstituteofMoscow的AlexanderM.Prokhorov和NikolaiG.Bassov也在微波放大器上作出了同样的贡献激光的发明1964年诺贝尔物

2、理奖得主Prokhorov,Townes和Basov固体激光器1固体工作物质2光泵浦系统一、灯泵浦系统（灯、聚光腔）二、激光二极管（LD）泵浦固体激光器3工作物质的热效应及冷却4固体激光器的输出特性1960年美国的梅曼(T.Maiman)研制成功世界上的第一台激光器－红宝石激光器1961年8月:我国第一台激光器诞生于中科院长春光机所固体激光器发展历史固体激光器的发展固体激光器的发展经历了3个阶段：上个世纪60年代的快速发展时期；70-80年代发展相对缓慢，后逐步复苏；90年代以来的持续快速发展时期。固体激光器研究领域中的一些热点问题：固体工作物质：高功率、高储能、

3、大尺寸；泵浦方式：激光二极管泵浦固体激光器；超短、超强激光技术及其非线性光学效应的研究。激光器的基本组成工作物质：实现粒子数反转,产生光的受激辐射放大作用;泵浦系统：为实现工作物质中的粒子数反转提供所需的外界能量;谐振腔：(1)为建立激光振荡提供正反馈;(2)谐振腔的参数影响输出激光束质量固体激光器的基本结构闪光灯泵浦固体激光器示意图固体激光器的基本结构端面泵浦特点：泵浦光方向与激光输出方向一致激光二极管端面泵浦固体激光器示意图固体激光器的基本结构侧面泵浦特点：泵浦光方向与激光输出方向垂直激光二极管侧面泵浦固体激光器示意图3.3.1固体工作物质固体激光工作物质：在

4、晶体、玻璃等固体基质材料中掺入少量金属离子（如Nd3+，Tm3+,Ho3+等）实现固体激光工作物质的组成：激活离子和基质激活离子和它的配位场决定固体激光的能级结构、荧光寿命和激光特性，激光跃迁发生在激活离子的不同能级之间基质材料决定激光工作物质的光学、热学和机械性能基质材料晶体氧化物晶体：单一氧化物晶体（如Al2O3晶体)和混合氧化物晶体（如YAG:Y3Al5O12)氟化物晶体：单一氟化物晶体（如CaF2晶体)和混合氟化物晶体（如LiYF4晶体)玻璃硅酸盐玻璃硼酸盐玻璃磷酸盐玻璃基质材料主要包括晶体材料和玻璃材料两大类三价稀土金属离子：包括Nd3+、Yb3+、Ho

5、3+、Er3+、Pr3+等；二价稀土金属离子：包括Tm2+、Er2+等；过渡金属离子：包括Ti3+、Cr3+、Ni2+等；掺杂离子掺杂离子主要包括三价稀土金属离子、二价稀土金属离子、过渡金属离子：固体激光工作物质固体激光工作物质十分丰富，已达数百种，可获得数千条不同的谱线一般固体激光工作物质中，参与受激辐射离子的浓度约为1025～1026m-3,比气体工作物质高3～4个量级，较小的体积可获得较大的功率输出固体激光工作物质的激光上能级寿命较长，可储能，可获得大能量输出固体激光工作物质固体激光工作物质的形状：圆棒、板条、薄片等形状棒状介质的加工要求棒侧面打毛两端面垂直

6、于棒轴向棒端面镀增透膜（避免端面反射和内部寄生振荡）典型固体工作物质一、红宝石晶体：Cr3+:Al2O3二、掺钕激光晶体：Nd3+:YAGNd3+:YAPNd3+:YLFNd3+:YVO4三、钕玻璃：Nd:glass一、红宝石晶体1、红宝石晶体的物理性质红宝石晶体是在Al2O3（刚玉）中掺入少量的Cr2O3由Cr3+部分取代Al3+而成，其激活离子是Cr3+（铬）化学表达式：Cr3+:Al2O3红宝石晶体是各向异性晶体在入射光波长为700nm时，n0=1.763,ne=1.755一、红宝石晶体红宝石晶体的生长方向：有3种生长轴平行于光轴：为0°红宝石晶体，无偏振特

7、性生长轴垂直于光轴：为90°红宝石晶体，产生偏振光生长轴与光轴成60°角，为60°红宝石晶体，产生偏振光红宝石晶体的谱线加宽机制室温下以晶格热振动引起的均匀加宽为主低温下由晶格缺陷引起的非均匀加宽为主激光性质主要取决于Cr3+激光上能级：2E，能级寿命3ms(亚稳态）2E分裂成两个子能级和2，向基态跃迁时产生692.9nm和694.3nm的自发辐射激光下能级也是基态能级，为三能级系统红宝石晶体能级结构—三能级系统红宝石晶体的吸收光谱红宝石晶体的吸收光谱吸收特性与光的偏振有关（各向异性导致）红宝石晶体中可见光区有两个强吸收带：紫带（或称U带）：中心波长位于410nm

8、附近，带宽