稀土激光材料1讲解.ppt

第六组 一、概述 二、稀土激光原理 三、稀土固体激光材料 四、稀土激光材料发展方向 稀土激光材料 激光（light amplification by stimulated emission of radiation）简写”laser”. 定义：激光是指能把各种泵浦（电、光、射线）能量转换成激光的材料。激光是由激光工作物质受激发后产生的。 Laser 用电学、光学及其他方法对工作物质进行激励，使其中一部分粒子激发到能量较高的状态上，当这种状态的粒子数大于能量较低状态的粒子数时，由于受激辐射作用，也就是当这种波长的光辐射通过工作物质时，就会射出强度放大而又与入射光波位相一致、频率一致、方向一致的光辐射，称为“光放大”。 激光产生的过程： 一、概述 若把激光工作物质置于谐振腔内，则光辐射在间歇腔内沿轴线方向往复反射传播，多次通过工作介质，使光辐射被放大很多倍，从而形成一束强大很大，方向集中的光束—激光。 激光是一种新型光源，它具有很好的单色性、方向性和相干性，并且可以达到很高的亮度。与激光技术相应发展起来的各种晶体，如非线性晶体，能对激光束进行调频、调幅、调偏及调相作用；能修正传输过程中激光图像的畸变；热电探测晶体能灵敏地探测到红外光等。这些特性使激光很快就应用到工、农、医和国防部门 激光与稀土激光材料是同时诞生的。到目前为止，大约90%的激光材料都涉及到稀土。自从1960年在红宝石中出现激光以来，同年就发现用掺钐的氟化钙(CaF2:Sm2+)可输出脉冲激光。1961年首先使用掺钕的硅酸盐玻璃获得脉冲激光，从此开辟了具有广泛用途的稀土玻璃激光器的研究。1962年首先使用CaWO4:Nd3+晶体输出连续激光，1963年首先研制稀土螯合物液体激光材料，使用掺铕的苯酰丙酮的醇溶液获得脉冲激光，1964年找出了室温下可输出连续激光的掺钕的钇铝石榴石晶体（Y3Al5O12:Nd3+），它已成为获得了广泛应用的固体激光材料，1973年首次实现铕-氦的稀土金属蒸气的激光振荡。 由此可见，在短短的十多年里，稀土的固态、液态和气态都实现了受激发射。在激光工作物质中，稀土已成为一族很重要的元素。这都与它具有特殊的电子组态、众多可利用的能级和光谱特性有关 。 发展历史 稀土激光材料分类 稀土激光材料可分为：固体、液体和气体三大类。但后两大类由于其性能、种类和用途等远不如固体材料。所以一般说稀土激光材料通常是指固体激光材料。固体材料分为晶体、玻璃和光纤激光材料，而激光晶体又占主导地位 。 由于稀土元素所具有的特殊的电子组态，众多可利用的能及和光谱特性，稀土已成为激光工作物质中最重要的元素。 迄今为止，已获得激光输出的稀土离子有14种，涉及170多种化合物。 在现有的激光材料中，90%以上都是掺入稀土离子作为激活剂。 1．YAG∶Nd激光器 　　这是用量最多、最成熟的激光晶体，对其需求占激光晶体的90%左右，在未来5年内仍为主体。材料加工是激光器巨大市场之一。 2．光存贮激光器 　　作为信息高速公路重要组成部分，市场潜力非常巨大，其中一部分属于光存储。提高存储密度的方法是用更短波长的激光，目前最佳选择是808微米的LED泵浦YVO4∶Nd晶体。 3．2微米激光器 　　Ho和Tm激光器有很大的市场潜力。由于Ho和Tm激光输出波长在2微米左右，与水的吸收峰相接近，有极好的对人体组织切割和凝血效果，可以用普通光纤传输，是理想的手术激光光源。 4．LED泵浦的固体激光器 　　LED泵浦固体激光器其效率比灯泵浦提高10倍，全固体化可靠性提高100倍，在光存储、微细加工、有线电视、遥感、雷达等科研方面有巨大市场。 　　 激光应用 激光焊接：汽车车身厚薄板、汽车零件、锂电池、心脏起搏器、密封继电器等密封器件以及各种不允许焊接污染和变形的器件。目前使用的激光器有金运YAG激光器，金运CO2激光器和半导体泵浦激光器。 激光切割：汽车行业、计算机、电气机壳、木刀模业、各种金属零件和特殊材料的切割、圆形锯片、压克力、弹簧垫片、2mm以下的电子机件用铜板、一些金属网板、钢管、镀锡铁板、镀亚铅钢板、磷青铜、电木板、薄铝合金、石英玻璃、硅橡胶、1mm以下氧化铝陶瓷片、航天工业使用的钛合金等等。使用激光器有YAG激光器和CO2激光器。 激光打标：在各种材料和几乎所有行业均得到广泛应用，目前使用的激光器有YAG激光器、CO2激光器和半导体泵浦激光器。 　　激光打孔：激光打孔主要应用在航空航天、汽车制造、电子仪表、化工等行业。激光打孔的迅速发展，主要体现在打孔用YAG激光器的平均输出功率已由5年前的400w提高到了800w至1000w。国内目前比较成熟的激光打孔的应用是在人造金刚石和天然金刚石拉丝模的生产及钟表和仪表的宝石轴承、飞机叶片、多层印刷