稀土激光原理与稀土固体激光材料.ppt

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1、一、概述二、稀土激光原理三、稀土固体激光材料3.6稀土激光材料激光（lightamplificationbystimulatedemissionofradiation）简写”laser”.定义：激光是指能把各种泵浦（电、光、射线）能量转换成激光的材料。激光是由激光工作物质受激发后产生的。Laser用电学、光学及其他方法对工作物质进行激励，使其中一部分粒子激发到能量较高的状态上，当这种状态的粒子数大于能量较低状态的粒子数时，由于受激辐射作用，也就是当这种波长的光辐射通过工作物质时，就会射出强度放大而又与入射光波位相一致、频率一致、方向一致的光辐射，称为“光放大”。激光产生的过程：一、概述若

2、把激光工作物质置于谐振腔内，则光辐射在间歇腔内沿轴线方向往复反射传播，多次通过工作介质，使光辐射被放大很多倍，从而形成一束强大很大，方向集中的光束—激光。激光是一种新型光源，它具有很好的单色性、方向性和相干性，并且可以达到很高的亮度。上述特征促使激光在工业、农业、医学及国防等领域得到了广泛的应用。激光历史世界上第一台激光器诞生于1960年，同年就发现CaF2：Sm3+。我国于1961年研制出第一台激光器，40多年来，激光技术与应用发展迅猛，已与多个学科相结合形成多个应用技术领域，比如光电技术，激光医疗与光子生物学，激光加工技术，激光检测与计量技术，激光全息技术，激光光谱分析技术，非线性光

3、学，超快激光学，激光化学，量子光学，激光雷达，激光制导，激光分离同位素，激光可控核聚变，激光武器等等。这些交叉技术与新的学科的出现，大大地推动了传统产业和新兴产业的发展。由于稀土元素所具有的特殊的电子组态，众多可利用的能及和光谱特性，稀土已成为激光工作物质中最重要的元素。迄今为止，已获得激光输出的稀土离子有14种，涉及170多种化合物。在现有的激光材料中，90%以上都是掺入稀土离子作为激活剂。激光应用传统上看，它的研究范围一般可分为：加工系统包括激光器、导光系统、加工机床、控制系统及检测系统。加工工艺包括切割、焊接、表面处理、打孔、打标、划线、微调等各种加工工艺。激光焊接：汽车车身厚薄板

4、、汽车零件、锂电池、心脏起搏器、密封继电器等密封器件以及各种不允许焊接污染和变形的器件。目前使用的激光器有金运YAG激光器，金运CO2激光器和半导体泵浦激光器。激光切割：汽车行业、计算机、电气机壳、木刀模业、各种金属零件和特殊材料的切割、圆形锯片、压克力、弹簧垫片、2mm以下的电子机件用铜板、一些金属网板、钢管、镀锡铁板、镀亚铅钢板、磷青铜、电木板、薄铝合金、石英玻璃、硅橡胶、1mm以下氧化铝陶瓷片、航天工业使用的钛合金等等。使用激光器有YAG激光器和CO2激光器。激光打标：在各种材料和几乎所有行业均得到广泛应用，目前使用的激光器有YAG激光器、CO2激光器和半导体泵浦激光器。激光打孔：

5、激光打孔主要应用在航空航天、汽车制造、电子仪表、化工等行业。激光打孔的迅速发展，主要体现在打孔用YAG激光器的平均输出功率已由5年前的400w提高到了800w至1000w。国内目前比较成熟的激光打孔的应用是在人造金刚石和天然金刚石拉丝模的生产及钟表和仪表的宝石轴承、飞机叶片、多层印刷线路板等行业的生产中。目前使用的激光器多以YAG激光器、金运CO2激光器为主，也有一些准分子激光器、同位素激光器和半导体泵浦激光器。激光热处理：在汽车工业中应用广泛，如缸套、曲轴、活塞环、换向器、齿轮等零部件的热处理，同时在航空航天、机床行业和其它机械行业也应用广泛。我国的激光热处理应用远比国外广泛得多。目前

6、使用的激光器多以YAG激光器，CO2激光器为主。激光快速成型：将激光加工技术和计算机数控技术及柔性制造技术相结合而形成。多用于模具和模型行业。目前使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器为主。激光涂敷：在航空航天、模具及机电行业应用广泛。目前使用的激光器多以大功率金运YAG激光器、金运CO2激光器为主。激光的应用领域很广，尤其是制导、测距、焊接、钻孔、切割、育种、外科手术、计量和分析等方面，成为一门蓬勃发展的新技术。对于激光氢弹引爆、激光受控热核反应、激光通讯、激光计算等都已成为当代国际上引人注目的高新技术领域。二、稀土激光机理Mechanismofrareearthlaser在已发现

7、的激光工作物质中，稀土都已成为一族极其重要的元素。这都与它具有特殊的电子组态、众多可利用的能级和光谱特性有关。利用一些稀土离子的三能级和四能级系统产生激光的原理图。产生激光的必要条件是在能级3上实现粒子的反转在稀土激光材料的两端装有两面对激光波长（laserwavelength）具有不同反射率（reflectivity）的反射镜，放在内衬银或铝等反射材料的聚光器内，用脉冲Xe灯、Kr灯、发光二极管或激光灯作为激发光源（或称光泵opt