稀土精细化学品化学 4.pptVIP

但在自激活晶体NdP5O14中,由于激活离子之间被 (PO4)3-等基因所隔离,使激活离子之间的间隔大至50 - 60pm，减少了离子之间的多极相互作用及交换作用,从而减少了浓度猝灭. 2.稀土非晶体激光材料  非晶体基质主要是玻璃。尽管在玻璃中激活离子的发光性能不如在晶体中的好，如荧光谱线较宽等。但因其容易制成光学质量高的大型元件，能够均匀地掺入高浓度的激活离子，获得高的激光效率等，激光玻璃己成为大能量、高功率固体激光器重要的工作物质。 在玻璃中可产生激光的稀土激活离子有Nd3+ 、Er3+ 、Ho3+ 、Tm3+等三价离子。激光基质玻璃有硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、氟磷酸盐玻璃、氟铍酸盐玻璃、氟锆酸盐玻璃、锗酸盐玻璃、碲酸盐玻璃和硼酸盐玻璃等。 光纤材料：光通信中用于传播光信息的光学纤维所用的材料，称为光纤材料，又称为光波导纤维材料。 Nd3+ 、Er3+ 、Ho3+ 、Tm3+等稀土离子掺杂的氟锆酸盐玻璃光纤均已获得激光输出，波长从0.82μm到 2.8μm，有许多波段还实现了可调谐激光输出。 Shanghai Institute of Technology 第七章 稀土激光材料 激光与普通光比较具有三个突出的特点: 第一方向性好、亮度高; 第二单色性好; 第三相干性好。 这些特性使激光很快就应用到工、农、医和国防等部门。 第一节 激光产生的原理 一、光的吸收和发射 辐射与物质的相互作用主要包括受激吸收、自发发射和受激发射。见图7.1。 1.光的吸收和发射 (1)受激吸收:当一个频率为ν21的准单色光波通过能隙hν21的二能级原子系统时，若能级满足辐射跃迁选择定则，这时处于低能级 E1的原子吸收入射光子，然后跃迁到高能级E2上(图7.l(a))，这种过程称为受激吸收。  图7.1 (2)自发发射:跃迁到能级E2的原子是不稳定的，它会自发地通过辐射一个能量的光子返回到E1能级上(图7.l(b))。 (3)受激发射:处于高能级的原子不仅可以自发发射;而且可以在入射频率为ν21的光子感应下受激发射，跃迁到E1能级上(图7.1 (c)) ，这种过程称为受激发射。 所产生的受激发射光子与入射光子 有相向的模式。 2.粒子数反转 要想使受激辐射占优势或者说占主导地位，就必须使N2 (能级E2上的粒子数)大于N1(能级E1上的粒子数)。如果借助于外界的激励，破坏粒子的热平衡分布，就有可能使N2 N1 由于它与正常分布相反，所以叫粒子数反转分布，见图7.2。 7.2 二、激光产生的原理 稀土固体或液体激光器: 7.3   7.4 在稀土激光材料的两端装有两面对激光波长具有不同反射率的反射镜，放在内衬银或铝等反射材料的聚光器内，用脉冲氙灯、氪灯、发光二极管或激光等作为激发光源(或称光泵) ，由光泵发出的光被稀土激活离子吸收后，使稀土离子从基态E1激发至E4上，再无辐射弛豫至亚稳态E3。 当从E3以辐射弛豫的方式返回基态E1 (三能级系统)或返回E2(四能级系统)时，发出的光在材料两端的反射镜之间来回产生振荡，当增益大于损耗，满足产生激光的条件时，就从镜子反射率低的一端输出激光。 产生激光的必要条件：是在E3上实现粒子数反转。 在三能级系统中，在E1上的粒子必须有50%以上被激发至E3上才能实现粒子数的反转，所以产生激光的阈值(开始产生激光时所需输入的能量或功率称为阈值)比较高。 在四能级系统中，只要求E2的能量大于kT， 因此，在E2上由于温度而产生热反转的粒子数很小。如果从E3跃迁至E2上的粒子又可以很快地驰豫至E1而不是积累在E2上，则在E2上的粒子数很少，其时，相对于E2 ，在E3上比较容易实现粒子数的反转，所以在四能级系统中，产生激光的阈值较低。 三、激光工质材料的特征值 激光工作物质是激光器中借以发射激光的物质。它是激光器的核心。 1.材料的吸收光谱、荧光光谱和激发光谱 (1)材料的吸收光谱:是指物质在光频范围里的吸收系数按光频率分布的总体。 材料的吸收光谱直接表征发光中心与材料的