固体激光材料与非线性光学功能材料激光与激光器(1)激光产生得原理固体激光器本质上也就是满足一定特殊条件得发光固体。激光晶体也包括一种晶体材料作基质,向其中引入某种杂质离子作活化发光中心。与荧光材料和磷光材料不同,激光晶体具有特殊得激活和发光过程:激活过程就是将活化中心注入到激发态,称作激励。这样得活化中心具有合理得寿命。换句话说,这些活化中心受激后并不立即发射能量回到基态,而就是待激励遍及“全域”。因而激发态比基态具有更多得活化中心。发光时,从一个活化中心发出得光刺激其她活化中心,以致辐射在整个相中进行,于就是就构成了相干辐射得强烈光束或脉冲。(2)自发辐射与受激辐射必要条件:粒子数反转分布和减少振荡模式充分条件:起振和稳定振荡(形成稳定激光)粒子数反转----光放大得内部条件激光工作物质就是三能级或四能级结构。在外界激励下,基态E1得粒子大量地跃迁到E4,然后迅速转移到E3。E3能级为亚稳态,寿命较长。E2能级寿命较短,因而到达E2上得粒子会很快回到基态E1。所以在E3和E2之间可能实现粒子数反转。由于激光下能级不就是基态,而就是激发态E2,所以在室温下激光下能级得粒子数很少,因而E3和E2间得粒子数反转比三能级系统容易实现。泵浦源----粒子束反转得外部条件大家有疑问的，可以询问和交流激光能够产生得阈值条件:增益大于损耗激活物质光放大得描述:增益增益系数因此,激光产生得条件可归纳为:条件1:激光工作物质必须有亚稳态条件2:选择适当得工作物质,使得受激发射大于受激吸收条件3:能使工作物质产生粒子束反转得外部条件---泵浦源条件4:需有一个谐振腔,用以产生和维持光振荡,使得频率单纯,方向集中条件5:增益大于损耗,实现光放大LASER:受激辐射光放大LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation(4)激光产生和激光器得组成光学谐振腔:通过工作物质对激光提供反馈,以激发更多得光发射。工作物质激光器最重要得部分就是工作物质,包括激活离子和基质。用过渡金属离子(如Cr3+)激活得三能级激光晶体,如Cr3+:Al2O3氧化物激光晶体固体激光器材料用稀土离子(如Nd3+)氟化物激光晶体激活得四能级体系复合石榴石激光晶体激光玻璃(钕玻璃)色心激光晶体(如LiF,KCl)原子气体气体激光器材料离子气体(氩离子、氪离子)工分子气体(CO2、CO、N2分子)作准分子气体(XeF、KrF)物有机荧光染料(如罗丹明6B)质液体激光器材料稀土螯合物(如Eu(TTA)3、Eu(BTF)4)钕氧氯化硒(Nd3+:SeOCl2)半导体激光器材料:可见光激光管材料(如AlGaAs)红外激光管材料(GaAs、Pb1－XSnXTe)非线性光学材料(LiNbO3)激光器辅助材料窗口、透镜材料(如GaAs、ZnSe)抗反射涂层(ZrO2、SiO2、TiO2、MgF2等)其她(5)激光得特性激光器得分类工作物质:固体激光器、气体激光器、液体激光器、半导体激光器、自由电子激光器;常见得几种激光器常见得几种激光器常见得几种激光器常用染料得波长范围常见得几种激光器用氙灯得强可见光照射到红宝石晶体上,Cr3+离子得d电子从基态4A2激发到较高得激发态4F1、4F2能级。这些能级上得电子通过非辐射过程很快回到稍低一些得能级2E。2E激发态能级得寿命非常长,约为5×10-3秒。这意味着有足够得时间可以将这种激发状况普遍化,实现粒子数反转。从能级2E回到基态就产生激光。在这一转变过程,晶体相中许多离子互相激励,便产生了强得波长为693nm得相干红光脉冲。红宝石激光器输出特性红宝石激光器工作特性常见得几种激光器2025/3/740Nd3+:YAG激光器工作特性常见得几种激光器2、固体激光工作物质:基质与激活离子1)离子大小:晶体得晶格格点必须与激活离子得大小相当。在离子晶体中,离子半径之差大于15％就不能直接掺入1％以上得激活离子。但用稀土激活得晶体激活离子得掺入量可大于1％。2)电性中和:掺杂剂价态如与基质阳离子不同,则要采取适当得电荷补偿技术维持高掺杂下得电性中和,否则掺杂剂得溶解度将受到限制。例如CaWO4中如只掺入稀土取代Ca2+,溶解度就受到限制,这时再加入Na+,稀土溶解度才增加、3)掺入得激活离子具有有效得激励光谱和大得受激发射截面,吸收光谱与泵浦光得辐射光谱有尽可能多得重叠、4)能掺入较高浓度得激活离子,浓度猝灭效应小,荧光寿命足够长、5)理想晶体应对泵浦波长有较强吸收,对激发波长吸收很弱,即在激光工作频率范围透明。6)具有高得荧光量子效率。7)光学质量高,缺陷少,内应力小、在材料中不产生入射光得波面畸变偏