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激光百科
發(fā)布時(shí)間:2023-08-18 11:41 人氣:
激光晶體(laser crystal)是一種能將外界提供的能量通過光學(xué)諧振腔轉(zhuǎn)化為在空間和時(shí)間上相干的具有高度平行性和單色性激光的晶體材料,是晶體激光器的工作物質(zhì)。激光晶體是重要的光電信息功能材料之一,是光電子技術(shù)特別是激光技術(shù)的重要物質(zhì)基礎(chǔ),其發(fā)展程度與激光技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。激光晶體技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用是衡量一個(gè)國(guó)家高科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。隨著光電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的日益廣泛,對(duì)激光晶體材料也提出更高、更新的要求。晶體材料可以用來(lái)進(jìn)行激光頻率轉(zhuǎn)換,擴(kuò)展激光的波長(zhǎng);用來(lái)調(diào)制激光的強(qiáng)度、相位;實(shí)現(xiàn)激光信號(hào)的全息存儲(chǔ)、消除波前疇變的自泵浦相位共軛等等。所以,非線性光學(xué)晶體是高新技術(shù)和現(xiàn)代軍事技術(shù)中不可缺少的關(guān)鍵材料,各發(fā)達(dá)國(guó)家都將其放在優(yōu)先發(fā)展的位置,并作為一項(xiàng)重要戰(zhàn)略措施列入各自的高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃中,給予高度重視和支持
激光晶體原理
激光晶體可將外界提供的能量通過光學(xué)諧振腔轉(zhuǎn)化為在空間和時(shí)間上相干的具有高度平行性和單色性激光的晶體材料。是晶體激光器的工作物質(zhì)。激光晶體由發(fā)光中心和基質(zhì)晶體兩部分組成。大部分激光晶體的發(fā)光中心由激活離子構(gòu)成,激活離子部分取代基質(zhì)晶體中的陽(yáng)離子形成摻雜型激光晶體。激活離子成為基質(zhì)晶體組分的一部分時(shí),則構(gòu)成自激活激光晶體。
激光晶體所用的激活離子主要為過渡族金屬離子和三價(jià)稀土離子。過渡族金屬離子的光學(xué)電子是處于外層的3d電子,在晶體中這種光學(xué)電子易受到周圍晶場(chǎng)的直接作用,所以在不同結(jié)構(gòu)類型的晶體中,其光譜特性有很大差異。三價(jià)稀土離子的4f電子受到5s和5p外層電子的屏蔽作用,使晶場(chǎng)對(duì)其作用減弱,但晶場(chǎng)的微擾作用使本來(lái)禁戒的4f電子躍遷成為可能,產(chǎn)生窄帶的吸收和熒光譜線。所以三價(jià)稀土離子在不同晶體中的光譜不像過渡族金屬離子變化那么大。
激光晶體所用的基質(zhì)晶體主要有氧化物和氟化物。作為基質(zhì)晶體除要求其物理化學(xué)性能穩(wěn)定,易生長(zhǎng)出光學(xué)均勻性好的大尺寸晶體,且價(jià)格便宜,但要考慮它與激活離子間的適應(yīng)性,如基質(zhì)陽(yáng)離子與激活離子的半徑、電負(fù)性和價(jià)態(tài)應(yīng)盡可能接近。此外,還要考慮基質(zhì)晶場(chǎng)對(duì)激活離子光譜的影響。對(duì)于某些具有特殊功能的基質(zhì)晶體,摻入激活離子后能直接產(chǎn)生具有某種特性的激光,如在某些非線性晶體中,激活離子產(chǎn)生激光后通過基質(zhì)晶體能直接轉(zhuǎn)換成諧波輸出。
用作晶體類基質(zhì)的人工晶體主要有:剛玉(NaAlSi2O6)、釔鋁石榴石(Y3Al5,O12)、鎢酸鈣(CaWO4)、氟化鈣(CaF2)等,以及鋁酸釔(YAlO3)、鈹酸鑭(La2Be2O5)等。對(duì)于晶體主要要求是:易于摻入起激活作用的發(fā)光金屬離子;具有良好的光譜特性、光學(xué)透射率特性和高度的光學(xué)(折射率)均勻性;具有適于長(zhǎng)期激光運(yùn)轉(zhuǎn)的物理和化學(xué)特性(如熱學(xué)特性、抗劣化特性、化學(xué)穩(wěn)定性等)。晶體激光器以紅寶石(Al2O3:Cr3+)和摻釹釔鋁石榴石(簡(jiǎn)寫為YAG:Nd3+)為典型代表。
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