激光的原理及激光材料

1、激光的原理及激光材料,Laser materials,1.激光的发展,Einstein,Tolman,Maiman,Maiman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）： Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation,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

2、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

3、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

4、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

5、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,Thank You！,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、In