最新以透明陶瓷为代表的新型激光材料以光纤激光为代表的新型激光结构教学讲义PPT课件.ppt

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1、以透明陶瓷为代表的新型激光材料以光纤激光为代表的新型激光结构前言2010是激光诞生50周年激光已从实验室走向市场新型激光技术不断推动激光发展激光研究的最新发展趋势日本产业振兴协会(IndustryPromotionAssociationofJapan)在中国调查的光电子领域：光学设备和材料：THz、中红外、可见到紫外波段新材料；光通信材料：光子网络、局域网光纤、量子密码通信、空间光无线通讯；光存储和光信息处理：母盘制作和复制、蓝光光盘、新一代大容量存储技术；显示器：包括液晶显示、有机发光电子纸张显

2、示、投影显示；用户界面：图像传感、防灾系统、光生物测定、家庭安全保密设备；激光应用和光学测量：新型激光源、光纤传感、激光冷却、激光加工；光伏技术：薄膜电池、有机光伏电池、高效光伏电池；环境光子学；照明技术，LED白光照明。同单晶相比，具有如下制备优势：大尺寸块体，形状可控。(2)掺杂浓度高、光学均匀性好。(3)烧结温度低，制备周期短，成本低，可大规模生产。(4)可设计制备出多功能和复合结构的陶瓷。同玻璃基质相比，具有如下材料优点：(1)热导率高，是玻璃材料的数倍，有利于降低热效应；(2)陶瓷的熔点

3、远高于玻璃的软化点，能承受更高的辐射功率;(3)陶瓷激光器输出激光的单色性比玻璃激光器好；1、以透明陶瓷为代表的新型激光材料1、以透明陶瓷为代表的新型激光材料1.1高效率陶瓷激光器2004年，中科院光机所采用超均匀侧面泵浦技术在1at.％Nd：YAG陶瓷棒中获得输出功率236W，斜率效率62％的连续激光输出2006年柏林大学芯掺杂高效率Nd：YAG陶瓷激光器，140W，斜率效率67％1.1高效率陶瓷激光器1、以透明陶瓷为代表的新型激光材料1.2高功率陶瓷激光器1、以透明陶瓷为代表的新型激光材料20

4、06年，美国LLNL实验室采用Sm3＋包边Nd：YAG复合结构陶瓷热容激光器实现了5Hz，67kW激光输出，持续时间10s。Sm3＋包边Nd：YAG结构抑制ASE效应的原理1.2高功率陶瓷激光器1、以透明陶瓷为代表的新型激光材料1.3大能量陶瓷激光器—--------低温冷却的Yb:YAG陶瓷激光器1、以透明陶瓷为代表的新型激光材料未来大能量激光核聚变驱动器正从ICF向IFE发展，要求激光材料具有高的抗热冲击参数和大受激发射截面和大口径。采用低温冷却的Yb晶体取代Nd玻璃是一种新型的设计理念。激光

5、陶瓷可获得大口径，高掺杂，且热机械性能更为优越，是理想的可取材料。受激发射截面和抗热冲击系数随温度可调→能够实现高效能量提取能级结构激光系统，无激发态再吸收→在LD泵浦下高激光增益良好的热机械特性→可以高平均功率运日本大阪大学计划在16Hz重复频率下获得MJ量级激光输出功率，光学转换效率约12％1.3大能量陶瓷激光器—--------低温冷却的Yb:YAG陶瓷激光器1、以透明陶瓷为代表的新型激光材料Yb：YAG陶瓷ICF驱动系统示意图1.4超短脉冲陶瓷激光器1、以透明陶瓷为代表的新型激光材料Yb：

6、Y2O3和Yb：Lu2O3陶瓷材料具有宽的发射带宽,是理想的飞秒激光器材料Yb：Y2O3188fs锁模脉冲Yb：Lu2O3357fs锁模脉冲1.4超短脉冲陶瓷激光器1、以透明陶瓷为代表的新型激光材料2004年,日本World-Labo.实验室Yb:YSAG透明陶瓷，获得脉冲宽度280fs，平均输出能量为62mW的锁模脉冲激光输出1、以透明陶瓷为代表的新型激光材料微芯片Nd3+，Cr4+：YAG双掺杂自调Q全陶瓷激光器其中Cr4+作为调Q开关1.5全陶瓷自调Q脉冲激光器1.6Nd：YAG陶瓷光纤1、

7、以透明陶瓷为代表的新型激光材料陶瓷的热机械性能和可承受的功率密度优于石英光纤-高功率Nd：YAG陶瓷光纤的形态陶瓷光纤激光器与普通光纤激光器的斜率效率1.6Nd：YAG陶瓷光纤1、以透明陶瓷为代表的新型激光材料理想激光材料的展望：陶瓷综合了单晶和玻璃两者的优势（良好的材料和光学特性）。激光陶瓷还可以便捷的制备，实现多层、多功能“AllinOne”的复合结构，给予了高性能固体激光器前所未有的高性/价比和便捷灵活的设计1、以透明陶瓷为代表的新型激光材料2、以光纤激光为代表的新型激光结构对于传统的棒状

8、工作物质在高功率时，存在严重的热透镜效应和热致双折射，导致光束质量下降2、以光纤激光为代表的新型激光结构光纤激光器的众多优点决定了它是未来高功率高光束质量全固态激光系统的可靠选择之一，很有可能取代现有的CO2激光器和YAG激光器。1、易于散热---增益介质的表面积/体积比大2、光束质量好--优异的双波导限制机制，3、固有的全封闭柔性光路4、光路具有免维护性5、光电效率高20-30%----LD（10-15%）6、寿命长7、体积小重量轻8、输出功率大9、节水节电成本10、造价不断降低