激光材料(定稿).pptVIP

激光材料（laser material） 是激活离子和基质材料的总称。激活离子在受到外界能量激发后，离子由低能级跃迁到高能级，又称激发态能级。当从激发态能级返回低能级时释放能量，产生发光现象。外界能量可以是光，电，热或高能辐射。基质材料就是为激活离子提供一个适宜的晶体场。激活离子的光谱特征反应了激活离子在不同能级间跃迁的状态。 激光材料是伴随激光技术的发展而发展起来的。激光材料的出现为若干有色金属特别是稀有金属的应用开辟了崭新的途径。 激光材料作为激光技术发展的核心和基础，对激光技术的发展起着决定性的作用。1960年问世的第一台激光器采用晶体材料Cr:Al2O3；20?世纪70年代掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG）晶体诞生，固体激光开始大力发展；20?世纪80?年代掺钛蓝宝石(Ti:?Al2O3)?晶体的出现使超短、超快和超强激光成为可能，飞秒激光科学技术蓬勃发展并渗透到各基础和应用学科领域；20?世纪90年代研制的掺钕矾酸钇(Nd:YVO4)晶体，使固体激光器的发展进入新时期——全固态激光科学技术。? （一）固体激光工作物质 在激光材料中以固体激光材料最引人注目。 固体激光工作物质由激活离子和基质两部分构成。激活离子主要有过渡金属离子(Cu2+)、三价稀土离子(Sm3+)、二价稀土离子和锕系离子(U3+)等四类。基质包括晶体和非晶体基质两大类。晶体基质又分为掺杂型、自激活型和色心型三种。掺杂型晶体基质是把激活离子掺杂到此基质中；自激活型是把激活离子成为晶体基质的一部分；色心晶体是由束缚在基质格点缺位周围的电子或其他离子与晶格相互作用形成发光中心。非晶体基质主要是玻璃，如掺钕激光基质玻璃等。 （二）气体激光工作物质 分为原子、离子和分子气体三大类，品种很多。 以气体为工作物质的激光器称为气体激光器。 （三）液体激光工作物质 含有稀土元素的二元酮有机溶液、有机燃料溶液、稀土元素的无机化合物溶液等三类。 （四）半导体激光工作物质 半导体激光器的作用原理乃是基于电子和空穴的辐射复合现象。半导体激光工作物质有几十种。 激光工作物质材料的发展方向主要有以下几个方面： （1）发展高功率大尺寸激光工质材料； （2）提高掺杂浓度和激光功率； （3）开拓新波段的固体激光材料； （4）拓宽新的固体可调谐激光材料； （5）采用敏化技术。 1以透明陶瓷为代表的新型激光材料 在固体激光技术及其相关领域的发展中，固体激光工作物质的开发是研究基础和先导，对于产生高性能的激光振荡具有决定性的意义。探索优秀的激光材料并应用于研发新型激光器件始终是激光研究的发展方向。近年来迅速发展的新型陶瓷是继单晶、玻璃之后又一值得瞩目的激光材料。 激光陶瓷的迅猛发展极大地推动了陶瓷激光器的研制发展。相继出现了高效率陶瓷激光器、高功率陶瓷激光器、超短脉冲陶瓷激光器、全陶瓷自调Q脉冲激光器、陶瓷光纤激光器等。 从激光陶瓷的制备来看，目前商业化激光陶瓷已经出现，而且其气孔率密度、均匀性和内部散射损耗等性能已经赶上或者优于同种化学组分的单晶商品。不仅如此，陶瓷材料的掺杂种类(多种激活离子和基质)及掺杂形态也大大丰富，复合结构和多功能材料层出不穷。这些优点给予了高性能固体激光器前所未有的高性价比和能够满足各种应用要求的灵活设计优势，使得长期以来光学工程师希望按照特定激光性能要求来进行材料分子设计以获取合适激光材料的梦想即将成为现实。 2以光纤激光为代表的新型激光结构 对于高功率固体激光器而言，如何有效地对激光介质散热处理，是获得高光束质量、高功率输出的关键。将块状激光介质做成薄片或拉成细长光纤形状，将会有效增大散热表面积，有利于固体激光器散热问题的解决，这就是目前高功率固体激光器发展的两个重要方向：薄片激光器和光纤激光器。 激光陶瓷粉体的制备方法 陶瓷工艺的一个基本特点就是以粉体作为原料经成型和烧结，形成多晶烧结体。作为起始原料的陶瓷粉体质量的好坏直接影响最终成品的质量。 目前制备YAG粉体的方法：固相法、液相法、溶胶－凝胶法、溶剂（水）热法、共沉淀法、均相沉淀法、微波辐照法。 固相反应法 方法：普遍采用混合均匀的Y2O3与Al2O3原料粉末直接按比例3:5在高温下煅烧，通过Y2O3与Al2O3之间的固相反应依次形成Y4Al2O9(YAM)和YAlO3(YAP)这两种中间相，最终形成YAG结构。 固相反应法是这种方法工艺简单、成本低、效率高而适合大规模的工业化生产。 合成钇铝石榴石粉体的传统方法，虽然需要的烧结温度高，粉体合成过程需经过多次球磨，烧结时间相对较长 共沉淀法 方法：在一定温度下，将沉淀剂加入到包含一种或多种离子的可