ND：GGG激光陶瓷的制备和性能研究精品.pdfVIP

ABSTRACT The craftOfNd：GGGlaser willbe preparation ceramicS，which provided asanoVellaser beendiscussedinthis mat棚al，has p印eL ofNd：GGGlaserceramjcshasbeen Superfinepowder pre芝眦萎蓁鬟莹 第一章 绪论 §1。l固体激光器工作物质 迄今为止，对于固体激光器来说有三种重要的激光介质：单晶、玻 璃和陶瓷。目前晶体和玻璃仍是固体激光器工作物质的主体，但是激光 陶瓷正以其优异的性能异军突起，在不同的领域发挥着举足轻重的作 用。 §1．1．1固体激光器对工作物质的要求 在激光器中，激光工作物质是产生激光的核心，其物理性质、光谱 性质等，在很大程度上决定了激光器的性能。固体激光工作物质被称为 固体激光器的心脏llJ。 固体激光工作物质是由基质材料和少量掺杂离子(激活离子)两部 分组成。工作物质的物理性能主要取决于基质材料，而它的光谱特性主 要由激活离子内的能级结构所决定。激光工作物质中的发光中心是激活 离子，在这些离子的电子组态中，未满内壳层的电子可以处于不同轨道 运动状态，形成一系列的能级。激光工作能级是这些离子的未满内壳层 电子能级。由于受到外层电子的屏蔽作用，所以电子发生能级跃迁不会 受到晶体场太强的影响，因而在不同基质中的这类离子光谱与自由状态 的离子光谱大体相似。这表示这些激光跃迁线宽较窄(激发截面较大)， 而且激光工作能级间无辐射跃迁较弱(能级间跃迁寿命较长)，因此产 生激光作用所需闽值泵浦速率较小。基质的主要作用是为激活离子提供 一个合适的晶格场，使它有可能发出我们需要的辐射。选择合适的激光 振荡物质必须考虑如下关键准则： f11材料必须有良好的光学性质； (2)材料必须具有良好的机械和热性质，在重复脉冲工作(在工作热负 荷下)时，不会引起过度应力； (3)材料必须具有能够接受掺杂离子的位置，同时它是处在对称的强的 晶格场中，以感应所希望的光谱。通常离子在晶体基质中必须达到高的 辐射寿命，具有激发截面约1o-2ucm2； (钔必须能够规模生长稀士掺杂的激光材料，而保持高的光学质量和高 的产率。 §1 1 2工作物质中的激活离子 激活离子作为发光中心占据基质晶体一定的格位，使之有较好的能 级差和跃迁截面以及较长的荧光寿命。因而，激光晶体的激光性能与晶 体基质和激活离子的特性关系极大。目前已知的激光晶体基质大致分为 简单氧化物、复杂氧化物、含氧酸盐、简单氟化物和复杂氟化物。目前 己知的约320种激光晶体中，约290种是掺入稀土离子作为激活离子的。 在稀土元素中已实现激光输出的有：ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、 Dy、Ho、Er、1m、Yb十一个三价离子和sm、Dy、．11m三个二价离子， 共14种离子。 固体激光工作物质中所采用的激活离子【2】主要可分为四类： 1．三价稀土金属离子 (Ho”)、铒(Er3+)、镱(Yb“)等。由于这类离子的未满壳层的电子 是内层电子，受到外层电子的屏蔽作用，因而在不同基质中的这类离子 光谱与自由状态的离子光谱大体相似。 (1)钕(Nd“)在三价稀土离子中被首先用于激光且应用最广。目前， 至少有100种不同的基质材料用钕离子掺杂获得受激发射，而且从钕激 光器获得的功率较高，大于任何其它四能级材料。在室温下即可实现 1．06、1．35和0．9微米的激光振荡。这是由于钕的这些跃迁终态与基态 较远的缘故。 (2)铒(Er“)，激光振荡的波长在1．53到1．66微米范围内，令人感兴 趣的是1．6微米附近的受激发射，因为人眼对这些波长的激光辐射的透 过率很小，所以不易使视网膜遭受损伤。 (3)镱(Yb“)，Yb“具有优异特性，人们