激光材料基礎(chǔ)知識

1、1緒：1 什么是光電子技術(shù)？l 是是電子技術(shù)與光子技術(shù)電子技術(shù)與光子技術(shù)相結(jié)合形成的一門新興的綜合性的相結(jié)合形成的一門新興的綜合性的交叉學(xué)科，主要研究光與物質(zhì)中的電子相互作用及其能量交叉學(xué)科，主要研究光與物質(zhì)中的電子相互作用及其能量相互轉(zhuǎn)換的相關(guān)技術(shù)。相互轉(zhuǎn)換的相關(guān)技術(shù)。電子電子技術(shù)：包括真空電子技術(shù)、氣體電子技術(shù)、固體技術(shù)：包括真空電子技術(shù)、氣體電子技術(shù)、固體電子技術(shù)等，主要研究電子的特征與行為及其在真空電子技術(shù)等，主要研究電子的特征與行為及其在真空或物質(zhì)中的運(yùn)動與控制或物質(zhì)中的運(yùn)動與控制光子光子技術(shù)：研究光子的特征與行為及其與物質(zhì)的相互技術(shù)：研究光子的特征與行為及其與物質(zhì)的相互作用以及光子

2、在自由空間或物質(zhì)中的運(yùn)動和控制。作用以及光子在自由空間或物質(zhì)中的運(yùn)動和控制。2激光器激光器光纖光纖32 光電子技術(shù)的發(fā)展l 1960年以前，光學(xué)與電子學(xué)仍是兩門獨(dú)立的學(xué)科；年以前，光學(xué)與電子學(xué)仍是兩門獨(dú)立的學(xué)科；l 1960年，美國梅曼成功研制第一臺激光器年，美國梅曼成功研制第一臺激光器紅寶石紅寶石激光器，引起連鎖反應(yīng)。激光器，引起連鎖反應(yīng)。1960年年5月月15日，美國加利福尼亞州休斯實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家日，美國加利福尼亞州休斯實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家梅曼梅曼設(shè)計(jì)和建造了設(shè)計(jì)和建造了一臺小型的激光發(fā)生器。他將閃光燈線圈纏繞在指尖大小的紅寶石棒上，一臺小型的激光發(fā)生器。他將閃光燈線圈纏繞在指尖大小的紅寶石棒上

3、，從而產(chǎn)生一條相當(dāng)集中的纖細(xì)紅色光柱，當(dāng)它射向某一點(diǎn)時，可使這一點(diǎn)從而產(chǎn)生一條相當(dāng)集中的纖細(xì)紅色光柱，當(dāng)它射向某一點(diǎn)時，可使這一點(diǎn)達(dá)到比太陽還高的溫度達(dá)到比太陽還高的溫度 ，激光時代由此開啟，從此和人們的生活息息相關(guān)。，激光時代由此開啟，從此和人們的生活息息相關(guān)。 42 光電子技術(shù)的發(fā)展l 1961年，第一臺激光測距機(jī)問世，隨后各種激光年，第一臺激光測距機(jī)問世，隨后各種激光武器相武器相 繼研制成功。繼研制成功。l 20世紀(jì)世紀(jì)70年代，低損耗的光纖、半導(dǎo)體激光器的年代，低損耗的光纖、半導(dǎo)體激光器的成熟、成熟、 CCD圖像傳感器問世，導(dǎo)致光信息技術(shù)蓬圖像傳感器問世，導(dǎo)致光信息技術(shù)蓬勃發(fā)展。勃發(fā)展

4、。l 20世紀(jì)世紀(jì)80年代，對量子阱材料等其他材料的深入年代，對量子阱材料等其他材料的深入研研 究，導(dǎo)致一些新的光電子器件的產(chǎn)生與應(yīng)用。究，導(dǎo)致一些新的光電子器件的產(chǎn)生與應(yīng)用。l 20世紀(jì)世紀(jì)90年代，光電子技術(shù)在通信領(lǐng)域和光存儲年代，光電子技術(shù)在通信領(lǐng)域和光存儲方面方面 取得了極大成功。取得了極大成功。53 光電子技術(shù)l 光電子技術(shù)與微電子技術(shù)構(gòu)成了當(dāng)今信息技術(shù)的光電子技術(shù)與微電子技術(shù)構(gòu)成了當(dāng)今信息技術(shù)的兩大支柱；兩大支柱；l 光子獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：極大的響應(yīng)速度、極大的頻寬、光子獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：極大的響應(yīng)速度、極大的頻寬、極大的信息容量；極大的信息容量；l 美國：通信和計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展的未來世界屬于

5、美國：通信和計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展的未來世界屬于光光 子學(xué)領(lǐng)域；子學(xué)領(lǐng)域；l 中國：國家中國：國家863計(jì)劃與計(jì)劃與973計(jì)劃兩個高科技計(jì)劃計(jì)劃兩個高科技計(jì)劃的重點(diǎn)是光電子產(chǎn)業(yè)；的重點(diǎn)是光電子產(chǎn)業(yè)；l 中國的光谷：武漢東湖新技術(shù)開發(fā)區(qū)中國的光谷：武漢東湖新技術(shù)開發(fā)區(qū)64 光電子材料在光電子技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用的，以光子、電子在光電子技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用的，以光子、電子為載體，處理、存儲和傳遞信息的材料。為載體，處理、存儲和傳遞信息的材料。固體激光材料、光纖材料、太陽能電池材固體激光材料、光纖材料、太陽能電池材料、光顯示材料等料、光顯示材料等 20世紀(jì)四大發(fā)明：世紀(jì)四大發(fā)明：原子能原子能 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī) 半導(dǎo)體半導(dǎo)體

6、激光器激光器激光材料激光材料 n激光的基本原理激光的基本原理n激光材料激光材料n激光材料的應(yīng)用激光材料的應(yīng)用 激光激光l英文名：英文名：LASER(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) 受激輻射的光放大受激輻射的光放大“鐳射鐳射”、“萊塞萊塞”l中文名：中文名：1964年按照我國著名科學(xué)家錢學(xué)森建議將年按照我國著名科學(xué)家錢學(xué)森建議將“光受光受激發(fā)射激發(fā)射”改稱改稱“激光激光”“最快的刀最快的刀”“最準(zhǔn)的尺最準(zhǔn)的尺”“最亮的光最亮的光”奇異的激光奇異的激光小學(xué)五年級語文課文小學(xué)五年級語文課文n世界上第一臺激光器的誕生，使

7、激光技術(shù)成為一門新興科學(xué)發(fā)展起來，在光學(xué)發(fā)展史上翻開了嶄新的一頁。激光的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了光學(xué)材料的發(fā)展，目前已有數(shù)百種新型激光工作物質(zhì)。1960年美國科學(xué)家梅曼紅寶石激光器 激光的基本原理激光的基本原理 n1、波爾茲曼統(tǒng)計(jì)分布、波爾茲曼統(tǒng)計(jì)分布n根據(jù)統(tǒng)計(jì)力學(xué)原理，大量相同粒子(原子、離子、分子)集合處于熱平衡溫度下，粒子數(shù)按能級的分布服從波耳茲曼分布規(guī)律，即kTEEeNN/ )(1212/nN2、N1分別為能級E2和E1上的粒子數(shù)。n在熱平衡條件下絕大部分粒子處于基態(tài)，即處于低能級上的粒子數(shù)總多于高能級上的粒子數(shù)，這叫粒子數(shù)正常分布。n2、光的吸收和發(fā)射、光的吸收和發(fā)射n輻射與物質(zhì)的相互作用主

8、要包括輻射與物質(zhì)的相互作用主要包括受激吸收、自發(fā)受激吸收、自發(fā)輻射和受激發(fā)射輻射和受激發(fā)射。n（1）受激吸收受激吸收：當(dāng)一個頻率為21的準(zhǔn)單色光波通過能隙h21的二能級系數(shù)時，若能級滿足輻射躍遷選擇定則，這時處于低能級E1的原子吸收入射光子，躍遷到高能級E2上(圖1)。圖1 粒子的受激吸收 n（2）自發(fā)輻射自發(fā)輻射：躍遷到能級E2上的原子是不穩(wěn)定的，它會自發(fā)地通過輻射一個能量的光子返回到E1能級上（圖2）。圖2 粒子的自發(fā)輻射 各原子的自發(fā)發(fā)射是獨(dú)自進(jìn)行的，彼此無關(guān)。n （3）受激發(fā)射受激發(fā)射：處于高能級的原子不僅可以自發(fā)發(fā)射，而且可以在入射頻率為21的光子感應(yīng)下受激發(fā)射，躍遷到E1能級上（圖

9、3）。圖3 粒子的受激發(fā)射 (b)：受激吸收 處于低能級態(tài)的原子在一定條件下的輻射場作用下，吸收一個光子， 躍遷到高能級態(tài)；宏觀表現(xiàn)：光被吸收(a)：自發(fā)輻射 處于高能級態(tài)的原子自發(fā)躍遷到低能級態(tài)，并同時向外輻射出一個光子；宏觀表現(xiàn)：發(fā)光(c)：受激輻射 處于高能級態(tài)的原子在一定條件下的輻射場作用下，躍遷到低能級態(tài)，并同時輻射出一個與入射光子完全一樣的光子。宏觀表現(xiàn)：光被放大自發(fā)輻射與受激輻射的區(qū)別自發(fā)輻射與受激輻射的區(qū)別： 原子的自發(fā)輻射過程完全是一種隨機(jī)過程，各發(fā)光原子的發(fā)原子的自發(fā)輻射過程完全是一種隨機(jī)過程，各發(fā)光原子的發(fā)光過程各自獨(dú)立，互不關(guān)聯(lián)，即所輻射的光在發(fā)射方向上是無規(guī)光過程各自

10、獨(dú)立，互不關(guān)聯(lián)，即所輻射的光在發(fā)射方向上是無規(guī)則的射向四面八方，另外位相、偏振狀態(tài)也各不相同。由于激發(fā)則的射向四面八方，另外位相、偏振狀態(tài)也各不相同。由于激發(fā)能級有一個寬度，所以發(fā)射光的頻率也不是單一的，而有一個范能級有一個寬度，所以發(fā)射光的頻率也不是單一的，而有一個范圍。圍。 受激輻射時受激輻射時, 原子可發(fā)出與誘發(fā)光子全同的光子，不僅頻率原子可發(fā)出與誘發(fā)光子全同的光子，不僅頻率（能量）相同，而且發(fā)射方向、偏振方向以及光波的相位都完全（能量）相同，而且發(fā)射方向、偏振方向以及光波的相位都完全一樣。一樣。圖4 粒子數(shù)的分布（a）正常分布 （b）反轉(zhuǎn)分布 n粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的作用在于當(dāng)外來光輻射時，

11、受激輻射總粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的作用在于當(dāng)外來光輻射時，受激輻射總是大于受激吸收，因而產(chǎn)生了光的放大信號。實(shí)驗(yàn)證明，是大于受激吸收，因而產(chǎn)生了光的放大信號。實(shí)驗(yàn)證明，許多物質(zhì)給予一定激勵后，能實(shí)現(xiàn)這種反轉(zhuǎn)分布，它為激許多物質(zhì)給予一定激勵后，能實(shí)現(xiàn)這種反轉(zhuǎn)分布，它為激光的產(chǎn)生提供了基礎(chǔ)。光的產(chǎn)生提供了基礎(chǔ)。 n3、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)n要想使受激輻射占優(yōu)勢或者說占主導(dǎo)地位，就必須使N2N1。如果借助于外界的激勵，破壞粒子的熱平衡分布，就可能使高能級E2的粒子數(shù)N2大于低能級E1的粒子數(shù)N1。由于它同正常分布相反，所以叫粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，見圖4。 一個誘發(fā)光子不僅能引起受激輻射，而且它也能引起受激吸收，

12、所以只有當(dāng)處在高能級的原子數(shù)目比處在低能級的還多時，受激輻射躍遷才能超過受激吸收，而占優(yōu)勢。由此可見，為使光源發(fā)射激光的關(guān)鍵是發(fā)光原子處在高能級的數(shù)目比低能級上的多，這種情況，稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。但在熱平衡條件在熱平衡條件下，原子幾乎都處于最低能級（基態(tài)）下，原子幾乎都處于最低能級（基態(tài)）。因此，如何從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)則是產(chǎn)生如何從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)則是產(chǎn)生激光的必要條件激光的必要條件。p結(jié)論：受激輻射是產(chǎn)生激光的唯一渠道。18受激輻射占主導(dǎo)之必要條件；受激輻射受激吸收1 1）二能級系統(tǒng)不能充當(dāng)激光工作物質(zhì)二能級系統(tǒng)不能充當(dāng)激光工作物質(zhì), ,因?yàn)槠洳荒芤驗(yàn)槠洳荒軐?shí)現(xiàn)粒子反轉(zhuǎn)。實(shí)現(xiàn)粒子反轉(zhuǎn)。如

13、果激光器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中有關(guān)的能級只有兩個，用有效的激勵手段把處于下能級E1的原子盡可能多地抽運(yùn)到上能級E2。設(shè)能級E1和E2上單位體積內(nèi)的原子數(shù)分別為n1和n2，自發(fā)輻射、受激吸收和受激輻射的概率分別為A21、W12和W21。如果能級統(tǒng)計(jì)權(quán)重相等，因而W12=W21=W。E2能級上粒子數(shù)n2的速率方程為 dn2/dt=W(n1-n2)-A21n2,當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定時，dn2/dt=0，n2/n1=W/(W+A21) ，可見，不管激勵手不管激勵手段如何強(qiáng)，（段如何強(qiáng)，（A A2121+W+W）總是大于）總是大于W W，所以，所以n n2 2n n1 1。這表明，對二能級系統(tǒng)的物質(zhì)來說，不能實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。

14、4 4 形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)-原子能級系統(tǒng)原子能級系統(tǒng)spststdtdndtdndtdndtdn2121122n三能級系統(tǒng)：三個能級E1、E2、E3中，E2是亞穩(wěn)態(tài)能級。外界激發(fā)作用，使得粒子從E1躍遷到E3，處于E3能級的粒子很快通過無輻射躍遷轉(zhuǎn)移到E2。但E2是亞穩(wěn)態(tài)，壽命較長約10-3s，允許粒子久留。隨著E1上的粒子不斷被躍遷到E3，又很快轉(zhuǎn)移到E2，既然E2允許粒子久留，那么從E2到E1的自發(fā)輻射躍遷幾率就很小，于是粒子就在E2上積聚起來，從而實(shí)現(xiàn)E2與E1兩能級間的粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)。該系統(tǒng)能對誘發(fā)光子能量h=E2-E1的光進(jìn)行放大。 2）激光物質(zhì)是三能級或四能級結(jié)

15、構(gòu)）激光物質(zhì)是三能級或四能級結(jié)構(gòu)受激吸收受激發(fā)射n四能級系統(tǒng)四能級系統(tǒng)：四能級系統(tǒng)中產(chǎn)生受激輻射的低能級上不像三能級系統(tǒng)那樣總有很多粒子，在熱平衡條件下可以認(rèn)為經(jīng)常是空的。也不是系統(tǒng)中的基態(tài)能級，所以容易實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。n圖中E4到E3、E2到E1的無輻射躍遷幾率都很大；E3到E2，E3到E1的自發(fā)躍遷幾率又都很?。籈3一般是亞穩(wěn)態(tài)能級，壽命較長；E2與E1間的能量差足夠大。這樣在熱平衡狀態(tài)下就可以認(rèn)為E2幾乎是空的。2）激光物質(zhì)是三能級或四能級結(jié)構(gòu)）激光物質(zhì)是三能級或四能級結(jié)構(gòu)受激吸收受激發(fā)射合適的激勵方式將粒子從基態(tài)E1激發(fā)到E4上去，粒子再從E4無輻射躍遷到E3，并積累起來，在E3和E2

16、間就容易形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)而產(chǎn)生受激發(fā)射。l泵浦源：用外界能量來激勵工作物質(zhì)，建立粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)、使粒子從低能級抽運(yùn)到高能級態(tài)的裝置l泵浦方式：光激勵方式，氣體輝光放電或高頻放電方式，直接注入電子方式， 化學(xué)反應(yīng)方式還有熱激勵、沖擊波、電子束、核能等方式。5 如何從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)？5 如何從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)？1.激光器的構(gòu)成激光器的構(gòu)成紅寶石激光器是由摻少量Cr的藍(lán)寶石單晶組成，呈棒狀，兩端面要求平行?？拷鼉蓚€端面各放置一面鏡子，以便使一些自發(fā)發(fā)射的光通過激光棒來回反射。其中一個鏡子起完全反射的作用，另一個鏡子只是部分反射。激光棒沿著它的長度方向被閃光燈激發(fā)。大部分閃光的能量以熱的形

17、式散失，一小部分被激光棒吸收，用來激發(fā)Cr離子到高能級。在寬的頻帶內(nèi)激發(fā)的能量被吸收；而在6943處三價(jià)Cr離子以窄的譜線進(jìn)行發(fā)射，構(gòu)成輸出的輻射，自激光棒的一端（部分反射端）穿出。 紅寶石激光器紅寶石激光器激光工作物質(zhì)激勵能源諧振腔1M2M激光器結(jié)構(gòu)示意圖激光器結(jié)構(gòu)示意圖n（1）工作物質(zhì)工作物質(zhì)：是激光器中借以發(fā)射激光的物質(zhì)，是激光器的核心。紅寶石激光器的工作物質(zhì)是含鉻離子（Cr3+）的紅寶石。激光是由其中鉻離子的2E能級到4A2能級的躍遷發(fā)射的。n（2）激勵源激勵源：為了將工作物質(zhì)中處于基態(tài)的粒子激發(fā)到激發(fā)態(tài)能級，以獲得粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，就需要激勵源供給能量。這也是激光器中不可缺少的一部分。不同

18、的激光器有不同的激勵源。紅寶石激光器中的激勵源是脈沖氙燈。n（3）諧振腔諧振腔：激光器兩端各有一反射鏡，構(gòu)成一諧振腔。其中一塊為全反射，另一塊為部分反射，激光從這一端輸出。n2、紅寶石激光器、紅寶石激光器n紅寶石是在藍(lán)寶石（Al2O3單晶單晶）中加入0.05% Cr3+離子后得到的產(chǎn)物。Cr3+離子使紅寶石呈紅色，更重要的是提供了產(chǎn)生激光的所必要的電子能態(tài)。通常將紅寶石制成柱狀，兩端為高度拋光互相平行的平面。其中一個端面部分鍍銀，能部分透光；另一端面充分鍍銀，使之對光波有完全反射作用。n在激光管內(nèi)，用氙氣閃光燈輻照紅寶石。紅寶石在被輻照之前Cr3+離子都處于基態(tài)。但在氙氣閃光燈（波長560nm

19、）照射下，Cr3+中的電子受激轉(zhuǎn)變?yōu)楦吣軕B(tài)，造成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。n處于高能態(tài)的電子可通過兩個途徑返回基態(tài)：處于高能態(tài)的電子可通過兩個途徑返回基態(tài)：n（1）直接從受激高能態(tài)返回基態(tài)，同時發(fā)出光子，由此產(chǎn)生的光不是激光。n（2）受激高能電子首先衰變?yōu)閬喎€(wěn)態(tài)，停留10-3s后返回基態(tài)并發(fā)出光子。在電子運(yùn)動過程中10-3s一般是很長的時間，因此在亞穩(wěn)態(tài)能級上集聚了不少的電子，當(dāng)有幾個電子自發(fā)地從亞穩(wěn)態(tài)返回基態(tài)時，發(fā)射出的光子帶動更多電子以“雪崩雪崩”形式返回基態(tài)，從而發(fā)射出愈來愈多的光子。那些基本平行于紅寶石軸向運(yùn)動的光子，一部分穿過部分鍍銀端，而一部分被鍍銀端面反射回來，光波沿紅寶石軸向來回傳播，強(qiáng)度愈

20、來愈強(qiáng)。這時，從部分鍍銀端面發(fā)射出來的光束就是高度準(zhǔn)直的高強(qiáng)度相干波高度準(zhǔn)直的高強(qiáng)度相干波，這種單色激光的波長為694.3nm。n該激光器主要部分是激光工作物質(zhì)（Al2O3單晶）和激活物質(zhì)Cr3+離子提供亞穩(wěn)態(tài)能級，從基態(tài)到激發(fā)態(tài)經(jīng)亞穩(wěn)能級構(gòu)成三能級激光器。n粒子在亞穩(wěn)態(tài)的壽命較長，所以粒子數(shù)目不斷積累增加，這就是泵浦過程。3. 激光具有下列特點(diǎn)：激光具有下列特點(diǎn)：（1）相干性好相干性好。所有發(fā)射的光具有相同的相位。 （2）單色性純單色性純。因?yàn)楣鈱W(xué)共振腔被調(diào)諧到某一特定頻率后，其他頻率的光受到了相消干涉。 （3）方向性好方向性好。光腔中不調(diào)制的偏離軸向的輻射經(jīng)過幾次反射后被逸散掉。（4）亮度

21、高亮度高。激光脈沖有巨大的亮度，激光焦點(diǎn)處的輻射亮度比普通光高 1081010 倍。激光材料激光材料 n 對激光工作物質(zhì)的要求是，它有一對有利于產(chǎn)生激光的能級，其中的上能級有足夠長的壽命，即粒子被激發(fā)到該能級后能在其中滯留較長的時間。因而能在該能級上積累比較多的粒子，與下能級之間形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。同時還要求這一對能級間有一定強(qiáng)度的躍遷，以產(chǎn)生激光。工質(zhì)材料的質(zhì)量優(yōu)劣將直接影響激光器件的性能。一、一、激光工質(zhì)材料的種類激光工質(zhì)材料的種類 激光工質(zhì)材料按照材料的性質(zhì)可以分為固體固體、氣體、液體和半導(dǎo)體四種。n固體激光工作物質(zhì)應(yīng)具備的基本條件是：n（1）材料應(yīng)具有合適的光譜特性；n（2）激發(fā)態(tài)吸收要小

22、；n（3）應(yīng)具有良好的光學(xué)均勻性和穩(wěn)定性；n（4）應(yīng)具有良好的物化性能。（一）固體激光工作物質(zhì)（一）固體激光工作物質(zhì)n固體激光工作物質(zhì)由激活離子和基質(zhì)兩部分構(gòu)成。n基質(zhì)包括晶體和非晶體基質(zhì)兩大類。n晶體基質(zhì)又分為摻雜型、自激活型和色心型摻雜型、自激活型和色心型三種。摻雜型晶體基質(zhì)是把激活離子摻雜到此基質(zhì)中；自激活型是把激活離子成為晶體基質(zhì)的一部分；色心晶體是由束縛在基質(zhì)格點(diǎn)缺位周圍的電子或其他離子與晶格相互作用形成發(fā)光中心。n非晶體基質(zhì)主要是玻璃，如摻釹激光基質(zhì)玻璃等。基質(zhì)晶體基質(zhì)晶體優(yōu)點(diǎn)：熱導(dǎo)率高、硬度高、熒光譜線較窄。缺點(diǎn)：光學(xué)質(zhì)量和摻雜的均勻性比基質(zhì)玻璃差。金屬氧化物。如藍(lán)寶石、釔鋁石榴

23、石、釔鎵石榴石、釓鎵石榴石和氣體釔等；磷酸鹽、硅酸鹽、鋁酸鹽、鉬酸鹽、鋇酸鹽、鈹酸鹽晶體，如氟磷酸鈣、五磷酸釹、鋁酸釔、鋁酸鎂鑭、鎢酸鈣、鉬酸鈣、鋇酸釔、鈹酸鑭等；氟化物，氟化釔鋰、氟化鈣、氟化鋇和氟化鎂等。基質(zhì)玻璃基質(zhì)玻璃優(yōu)點(diǎn)：易制造、成本低，易摻雜、均勻性好，是大功率和高能量激光器中使用的重要基質(zhì)材料。缺點(diǎn)：熱導(dǎo)率低、熒光譜線寬。 硅酸鹽、磷酸鹽、氟磷酸鹽、硼酸鹽玻璃等?；|(zhì)基質(zhì)激活離子激活離子1. 稀土離子三價(jià)：釹、鐠、釤、銪、鏑、鈥、鉺、鐿等二價(jià)：釤、鉺、銩、鏑等2. 過渡族金屬離子三價(jià)鉻、鈦、鎳、鈷等3. 錒系離子 ： U3+n（二）氣體激光工作物質(zhì)（二）氣體激光工作物質(zhì)n原子、離子

24、和分子氣體三大類，品種很多。n以氣體為工作物質(zhì)的激光器稱為氣體激光器氣體激光器。n（三）液體激光工作物質(zhì)（三）液體激光工作物質(zhì)n含有稀土元素的二元酮有機(jī)溶液、有機(jī)燃料溶液、稀土元素的無機(jī)化合物溶液等三類。n（四）半導(dǎo)體激光工作物質(zhì)（四）半導(dǎo)體激光工作物質(zhì)n半導(dǎo)體激光器的作用原理乃是基于電子和空穴的輻射復(fù)合現(xiàn)象。半導(dǎo)體激光工作物質(zhì)有幾十種。n激光工質(zhì)材料的發(fā)展方向主要有以下幾個方面：n（1）發(fā)展高功率大尺寸激光工質(zhì)材料。n（2）提高摻雜濃度和激光功率。n（3）開拓新波段的固體激光材料。n（4）拓寬新的固體可調(diào)諧激光材料。n（5）采用敏化技術(shù)。二、激光工質(zhì)材料的應(yīng)用和發(fā)展方向二、激光工質(zhì)材料的應(yīng)用

25、和發(fā)展方向38激光的特點(diǎn)及應(yīng)用激光的特點(diǎn)及應(yīng)用發(fā)散角?。杭す馄靼l(fā)射的激光，天生就是朝一個方向射出，光束的發(fā)散角極小，大約為0.001rad，接近平行。1962年，人類第一次用激光照射月球，地球距離月球的距離大約為38萬公里，但激光在月球表面的光斑不到兩公里；1.方向性好：39激光的特點(diǎn)及應(yīng)用激光的特點(diǎn)及應(yīng)用應(yīng)用激光測距40激光的特點(diǎn)及應(yīng)用激光的特點(diǎn)及應(yīng)用亮度高：由于激光的發(fā)射能力強(qiáng)和能量的高度集中，所以亮度很高，它比普通光源高億萬倍，比太陽表面的亮度高幾百億倍。亮度是衡量一個光源質(zhì)量的重要指標(biāo)，若將中等強(qiáng)度的激光束經(jīng)過會聚，可在焦點(diǎn)出產(chǎn)生幾千到幾萬度的高溫。1.方向性好： 激光能量在時間和空間上高度集中，能在極小區(qū)域產(chǎn)生幾百萬度的高溫。 激光加工、激光手術(shù)、激光武器等就利用了高亮度的特點(diǎn)。激光切割激光的特點(diǎn)及應(yīng)用激光的特點(diǎn)及應(yīng)用42應(yīng)用激光打孔激光的特點(diǎn)及應(yīng)用激光的特點(diǎn)及應(yīng)用43激光的特點(diǎn)及應(yīng)用激光的特點(diǎn)及應(yīng)用應(yīng)用激光核聚變44激光的特點(diǎn)及應(yīng)用激光的特點(diǎn)及應(yīng)用單色性好 ：光的顏色由光的不同波長決定，不同的顏色，是不同波長的光作用于人的視覺的不同而反映出來。激光的波長基本一致，譜線寬度很窄，顏色很純，單色性很好。由于這個特性，激光傳遞信息的容量大，實(shí)現(xiàn)光通信。