光电子材料激光及光纤

《光电子材料激光及光纤》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、光电子材料一、激光器的诞生19世纪的科学家们进行了关于电磁波的卓越的研究1905年爱因斯坦提出了光量子和光电效应的概念，揭示了辐射的波粒二象性1916年爱因斯坦提出了受激辐射的概念1900年普朗克引入的能量量子的概念基础性、探索性研究激光器的诞生激光走向新技术的开发和工程应用阶段1954年研制成第一台微波激射器1958年美国的汤斯和苏联的巴索夫及普罗霍洛夫等人提出了激光的概念和理论设计1960年美国的梅曼研制成功第一台红宝石激光器；贾万等人研制成氦氖激光器。我国的第一台激光器于1961年在长春光机所创

2、制成功激光技术原理：利用受激辐射放大电磁波，可在紫外线、可见光、红外谱区极窄的频段内产生高强度相干辐射。激光的特性使之在光学应用领域带来了革命性的变化：方向性单色性相干性高亮度接近单频干涉性好发射方向的空间内能量高度集中四十多年来，激光器的品种迅速增加：固体激光器半导体激光器固体激光器（半导体激光泵浦）化学激光器（HF/DF激光、氧碘化学激光器、CO2激光、燃料激光、氦氖激光）激光的种类自由电子激光器x射线激光器准分子激光器金属蒸气激光器等。铜蒸气激光激光器的输出水平不断提高：中、小功率器件高功率、高

3、能量激光器；脉冲体制从连续波、准连续波到各种短脉冲、超短脉冲的激光。连续的高能激光单次输出能量已达百万焦耳以上；超短脉冲：纳秒皮秒费秒阿秒脉冲功率密度则可高达1020瓦/cm2以上。输出激光的频率覆盖着越来越广的范围：长至亚毫米（太赫兹）短至x射线γ激光也在探索中，分立的激光谱线达几千条；激光器组成：工作物质(基质和激活离子)、激发源(泵浦)、共振腔。工作物质：借外来能源激励实现粒子数反转并产生受激辐射放大作用的物质系统，包括固体(晶体、玻璃)、气体(原子气体、离子气体、分子气体)、液体和半导体等。激

4、光器利用泵浦(闪光灯或另一种激光器以及气体放电激励、化学激励、核能激励)等激发源激发工作物质实现激射。共振腔作用：通过工作物质对激光提供反馈，以激发更多的光发射。大多数半导体激光器是利用在GaAs的p-型层和n-型层之间的结区(极窄，约lµm)，通过电荷注入等激励方式，激发非严衡载流子实现粒子数反转，从而产生受激发射。工作物质激光器最重要的部分是工作物质，包括使原子高低能态分布反转的激活离子和基质。用过渡金属离子（如Cr3+）激活的三能级激光晶体，如Cr3+：Al3氧化物激光晶体固体激光器材料用稀土离

5、子（如Nd3+）氟化物激光晶体激活的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（LiNbO

6、3）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）其它固态基质材料可粗略分为晶态固体和玻璃两大类。要求：具备清晰的荧光线、强的吸收带及相当高的量子效率，优良的光学、热学性能和机械性能。晶体质量，对光学损伤或机械损伤的抵御能力、化学稳定性等也至关重要。(1)离子大小：晶态基质的晶格格点必须与激活离子的大小相当。在离子晶体中，离子半径之差大于15％就不能直接掺入1％以上的激活离子。但用稀土激活的晶体激活离子的掺入量可大于1％。(2)电性中和：

7、掺杂剂价态如与基质阳离子不同，则要采取适当的电荷补偿技术维持高掺杂下的电性中和，否则掺杂剂的溶解度将受到限制。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)抗热冲击能力：基质的某些物理性质决定该晶体对突然爆发的泵浦能的抗热冲击能力，对确定运转方式如连续运转或高功率、高重复率脉冲运转颇为关键。对于这些运转方式，利用热膨胀系数低、强度高、热导率高的晶体更合适。这些性质的相对数值大体上与化合物的熔点有关，因此使用高熔点化合物更有利。高强度激光器：晶体有

8、较高的热导率（泵浦源辐照后晶体产生的热必须用冷却剂使之在激光棒表面迅速耗散）。电荷补偿技术对物理性能有不利影响，如在CaWO4中采用一价离子会使晶体的热膨胀系数增加，强度和热导率降低（显然三价离子为宜）。（4）光学性质：理想晶体应对泵浦波长有较强吸收，对激射波长吸收很弱。（5）纯度：生长激光晶体所用氧化物纯度为5－6个“9”，总杂质含量不得超过1－10ppm。激光材料制取方法1激光晶体制取方法A焰熔法(维尔纳叶法)氢氧燃烧产生的高温使料粉通过火焰撒下熔融