激光的原理及激光材料

激光的原理及激光材料Lasermaterials1.激光的发展EinsteinTolmanMaimanMaiman的第一台激光器1.激光的发展激光是光的受激辐射。激光的特点：单色性好,方向性好；相干性好；亮度高.2.激光的原理激光（Laser）：LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation基本沿某一条直线传播,通常发散角限制在10-6球面度量级的立体角内.原子内电子的跃迁过程入射光子与释放的光子有相同的波长和相位，此波长对应于两个能阶的能量差。一个光子诱发一个原子发射一个光子，最后就变成两个相同的光子2.激光的原理自发吸收：电子透过吸收光子从低能阶跃迁到高能阶。自发辐射：电子自发地透过释放光子从高能阶跃迁到较低能阶受激辐射：光子射入物质诱发电子从高能阶跃迁到低能阶，并释放光子。激光基本上就是由受激辐射机制所产生的图三红宝石激光的示意图图四粒子数反转的状态2.激光的原理2.激光的原理（1）形成分布反转，使得受激辐射占优势（2）具有共振腔，以实现光量子放大（3）至少达到阀值电流密度，使得增益至少等于损耗要获得激光发射，必须满足以下三个基本条件：2.激光的原理•激光器的构成激光器通常由三部分构成：(1).工作物质；(2).激励源；(3).谐振腔红宝石脉冲激光器示意图2.激光的原理激光加工装置激光应用设备3.激光材料及分类3.激光材料及分类常用的激光材料激光晶体材料激光玻璃红外材料大多数激光晶体是含有激活离子的荧光晶体，按晶体的组成分类，它们可分为掺杂型激光晶体和自激活激光晶体两类。激光玻璃因储能大，制造工艺成熟，以及价格便宜等特点，在高功率光系统、纤维激光器和光放大器，以及其他重复频率不高的中小激光器中得到了广泛的应用，与激光晶体一起构成了固体激光材料的两大类，并得到了迅速的发展。红外材料是指与红外线的辐射、吸收、透射和探测等相关的一些材料。工业上利用激光的高密度、高亮度和高定向性的特点，可以把激光辐射能量集中在较小的一定空间范围内，产生几千度到几万度以上的高温，因此可利用激光进行多种特殊的非接触特种加工作业。目前比较成熟的应用有激光打孔、激光焊接、激光切割、激光表面处理和激光印刷、激光信息存储等。在医学领域，随着激光技术的出现，一种新型的以激光为基础的医疗和诊断手段得到了迅速的发展，激光治疗的方式包括辐照、烧灼、光刀切割以及光针针炙等。4.激光材料的应用及前景在军事和航天方面，可用于红外伪装和红外诱饵器。红外伪装的最基本原理是降低和消除目标和背景的辐射差别，以降低目标被发现和识别的可能性。4.激光材料的应用及前景在航天领域中，航天器用红外辐射涂层是一种高温高发射率涂层，涂在航天器蒙皮表面上，作为辐射防热结构。（1）激光器技术开发向高功率、高光束质量、高可靠性、高智能化和低成本方向发展。（2）激光器研究向固态方向发展，半导体激光器、半导体泵浦固体激光器和光纤激光器成为激光器发展方向的代表。（3）激光技术与其他学科结合，不断拓展新兴应用领域，特别是精密和微细加工领域的应用是激光加工的重点应用方向，在高度精密加工的场合得到进一步推广和应用。4.激光材料的应用及前景ThankYou！•N2N1时，受激辐射非常微弱。•只有N2N1时，即实现粒子数反转，才能实现光放大。N2：E2能级的原子数，N1：E1能级的原子数半导体激光器基本结构：由掺杂浓度很高的半导体材料形成p-n结，利用半导体能带跃迁的复合发光引发受激辐射而形成激光。加电压后，n区向p区注入电子，p区向n区注入空穴电激励半导体薄膜GaAs、GaSb、InAs、InSb、PbSe、PbTe、InGaAsP、AlGaAsSb通过分立发光中心吸收光泵能量后转换成激光输出氧化铝、钇铝石榴石、硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、氟化物玻璃