林淵津PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1 林淵津林淵津 前言前言 理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ) 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 結(jié)果討論結(jié)果討論 第1頁/共16頁 激光材料是指激光工作物質(zhì)，是激光器的核心部 件。根據(jù)工作物質(zhì)的狀態(tài)不同，可以分為：氣體 、液體、固體、半導(dǎo)體以及自由電子激光器幾種 類型。目前固體激光器應(yīng)用最為廣泛。固體激光 材料分為晶體、玻璃和光纖等激光材料。其中激 光晶體占主導(dǎo)地位，它主要是由晶體基質(zhì)和激活 離子兩者構(gòu)成。 1.1晶體材料概述晶體材料概述 1前言前言 第2頁/共16頁 晶體的物理性能主要取決于基質(zhì)材料，而它的 光譜特性主要由激活離子內(nèi)的能級結(jié)構(gòu)所決定 。由于激活離子與基質(zhì)材料之間存在相互作用 ，基質(zhì)材料對晶體的光譜性能，激活離

2、子對晶 體的物理化學(xué)性質(zhì)都有一定的影響。作為激光 器核心的工作物質(zhì)，它的質(zhì)量和優(yōu)劣將直接影 響到器件的性能。 第3頁/共16頁 1.1.1 基質(zhì)材料基質(zhì)材料 用做固體激光工作物質(zhì)的基質(zhì)材料一般不構(gòu)成激光 能級，但能為激活離子提供合適的晶體場，使激活 離子產(chǎn)生合適的發(fā)射?；|(zhì)晶體是一個(gè)摻雜離子的 支架，它使發(fā)光離子的相互作用不至于太強(qiáng)，保證 了激光發(fā)射的線狀譜特征，并對激活離子光譜線的 位移、分裂、加寬，能量轉(zhuǎn)移以及激光發(fā)射不可少 的輻射和無輻射過程起著重要作用。 第4頁/共16頁 1.1.2摻雜離子摻雜離子 把適量的某種元素或元素化合物加到合適 的基質(zhì)內(nèi)，該元素就能在基質(zhì)內(nèi)形成有用 的振蕩能級

3、，進(jìn)而通過受激輻射躍遷獲得 激光。被摻入的元素在基質(zhì)中通常以離子 的形態(tài)存在，所以稱為激活離子。 第5頁/共16頁 激光晶體的激活離子主要有四類：過渡金屬激 活離子、三價(jià)稀土激活離子、二價(jià)稀土激活離 子和錒系離子。錒系元素多為人工合成的放射 性元素，應(yīng)用很少。最常見的是稀土離子。稀 土元素是化學(xué)性質(zhì)非常相似的一組元素，從元 素周期表的57號到71號，共十四個(gè)元素。這類 元素的離子中4f不是最外層，它們受到5S25P6 電子的屏蔽。因此他們的光譜和自由離子情況 很相似。 常用的摻雜離子以Ho、Tm、Er、Yb居多。 第6頁/共16頁 1.2激光材料的研究動(dòng)向激光材料的研究動(dòng)向 目前實(shí)現(xiàn)的激光波長

4、主要是紅和紅外波段，極 缺藍(lán)和綠激光波段。全固態(tài)藍(lán)光激光器因其在 激光生物醫(yī)學(xué)、激光高密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、激光光 譜學(xué)、激光水下成像與通訊等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用， 世界各地都掀起了研究熱潮。而綠激光器具有 體積小、波長短、光子能量高、壽命長、轉(zhuǎn)換 效率高、水中傳播距離遠(yuǎn)、相對人眼敏感等眾 多優(yōu)點(diǎn)，可用于激光醫(yī)學(xué)、信息存儲(chǔ)、激光娛 樂、建筑等多方面也引起了大家的關(guān)注。所以 有許多科學(xué)家在研究探索能直接發(fā)出藍(lán)綠波長 的激光器。 第7頁/共16頁 主要有兩種方式： 一是利用倍頻出光。 二是利用稀土離子的上轉(zhuǎn)換。 第8頁/共16頁 1.3 Er3+/Yb3+/Tm3+共摻碲酸鹽的特點(diǎn)共摻碲酸鹽的特點(diǎn) 鉺是一種柔軟的

5、、有延展性的，銀色光澤的稀土 元素。在所有的稀土離子中人們對Er3+離子的上 裝換發(fā)光現(xiàn)象研究得最多，這主要是由Er3+的下 列特點(diǎn)所決定的：Er3+離子的能級十分豐富并 且能級分布均勻，這樣的能級特點(diǎn)對于單光束泵 浦上轉(zhuǎn)換發(fā)光非常有利；Er3+離子的綠色躍遷 幾率最大；Er3+的綠色熒光具有較高淬滅濃度 ，有報(bào)道淬滅濃度可達(dá)25%mol；具有較多的上 轉(zhuǎn)換發(fā)光泵浦途徑，在1064nm，1540nm， 808nm，980nm和650nm的激發(fā)下都可以觀察到 綠色上轉(zhuǎn)換發(fā)光。 第9頁/共16頁 三價(jià)稀土離子Yb3+具有最簡單的能級結(jié)構(gòu)，兩個(gè) 能態(tài)2F5/2和2F7/2，避免了激光發(fā)射中激發(fā)態(tài)吸收

6、 、上轉(zhuǎn)換、濃度猝滅等不利作用。Yb3+離子吸收 帶位于0.91.1m波段，是與InGaAs LD泵浦源 （980nm）有效耦合，而且有寬的吸收線寬（ FWHM），使其無需嚴(yán)格的溫度控制即可獲得相 位匹配的泵浦波長。摻Y(jié)b3+離子復(fù)合鎢酸鹽體系 的激光晶體對調(diào)諧的微片激光器的發(fā)展具有重要 意義，已經(jīng)引起廣泛的重視。 第10頁/共16頁 1842年莫桑德爾從釔土中分離出鉺土和鋱土 后，不少化學(xué)家利用光譜分析鑒定，確定它們不是純 凈的一種元素的氧化物，這就鼓勵(lì)了化學(xué)家們繼續(xù)去 分離它們。在從氧化餌分離出氧化鐿和氧化鈧以后， 1879年克利夫又分離出兩個(gè)新元素的氧化物。其中一 個(gè)被命名為thulium，以紀(jì)念克利夫的祖國所在地斯堪 的納維亞半島（Thulia），元素符號曾為Tu，今用 Tm3+。 第11頁/共16頁 2.理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ) 稀土離子中常見的發(fā)光機(jī)制主要有三種 激發(fā)態(tài)吸收 能量轉(zhuǎn)移 “光子雪崩”過程 第12頁/共16頁 3. 3.實(shí)驗(yàn)部實(shí)驗(yàn)部 分分 上轉(zhuǎn)換發(fā)光實(shí)驗(yàn)是在FLS920全功能穩(wěn)態(tài)/瞬態(tài)熒光光譜儀 上完成的圖3為Er3+/Yb3+/Yb3+離子在980nmLD抽運(yùn)下的 上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜。 圖 3 980