林渊津PPT学习教案

1、会计学1 林渊津林渊津 前言前言 理论基础理论基础 实验实验 结果讨论结果讨论 第1页/共16页 激光材料是指激光工作物质，是激光器的核心部 件。根据工作物质的状态不同，可以分为：气体 、液体、固体、半导体以及自由电子激光器几种 类型。目前固体激光器应用最为广泛。固体激光 材料分为晶体、玻璃和光纤等激光材料。其中激 光晶体占主导地位，它主要是由晶体基质和激活 离子两者构成。 1.1晶体材料概述晶体材料概述 1前言前言 第2页/共16页 晶体的物理性能主要取决于基质材料，而它的 光谱特性主要由激活离子内的能级结构所决定 。由于激活离子与基质材料之间存在相互作用 ，基质材料对晶体的光谱性能，激活离

2、子对晶 体的物理化学性质都有一定的影响。作为激光 器核心的工作物质，它的质量和优劣将直接影 响到器件的性能。 第3页/共16页 1.1.1 基质材料基质材料 用做固体激光工作物质的基质材料一般不构成激光 能级，但能为激活离子提供合适的晶体场，使激活 离子产生合适的发射。基质晶体是一个掺杂离子的 支架，它使发光离子的相互作用不至于太强，保证 了激光发射的线状谱特征，并对激活离子光谱线的 位移、分裂、加宽，能量转移以及激光发射不可少 的辐射和无辐射过程起着重要作用。 第4页/共16页 1.1.2掺杂离子掺杂离子 把适量的某种元素或元素化合物加到合适 的基质内，该元素就能在基质内形成有用 的振荡能级

3、，进而通过受激辐射跃迁获得 激光。被掺入的元素在基质中通常以离子 的形态存在，所以称为激活离子。 第5页/共16页 激光晶体的激活离子主要有四类：过渡金属激 活离子、三价稀土激活离子、二价稀土激活离 子和锕系离子。锕系元素多为人工合成的放射 性元素，应用很少。最常见的是稀土离子。稀 土元素是化学性质非常相似的一组元素，从元 素周期表的57号到71号，共十四个元素。这类 元素的离子中4f不是最外层，它们受到5S25P6 电子的屏蔽。因此他们的光谱和自由离子情况 很相似。 常用的掺杂离子以Ho、Tm、Er、Yb居多。 第6页/共16页 1.2激光材料的研究动向激光材料的研究动向 目前实现的激光波长

4、主要是红和红外波段，极 缺蓝和绿激光波段。全固态蓝光激光器因其在 激光生物医学、激光高密度数据存储、激光光 谱学、激光水下成像与通讯等领域广泛应用， 世界各地都掀起了研究热潮。而绿激光器具有 体积小、波长短、光子能量高、寿命长、转换 效率高、水中传播距离远、相对人眼敏感等众 多优点，可用于激光医学、信息存储、激光娱 乐、建筑等多方面也引起了大家的关注。所以 有许多科学家在研究探索能直接发出蓝绿波长 的激光器。 第7页/共16页 主要有两种方式： 一是利用倍频出光。 二是利用稀土离子的上转换。 第8页/共16页 1.3 Er3+/Yb3+/Tm3+共掺碲酸盐的特点共掺碲酸盐的特点 铒是一种柔软的

5、、有延展性的，银色光泽的稀土 元素。在所有的稀土离子中人们对Er3+离子的上 装换发光现象研究得最多，这主要是由Er3+的下 列特点所决定的：Er3+离子的能级十分丰富并 且能级分布均匀，这样的能级特点对于单光束泵 浦上转换发光非常有利；Er3+离子的绿色跃迁 几率最大；Er3+的绿色荧光具有较高淬灭浓度 ，有报道淬灭浓度可达25%mol；具有较多的上 转换发光泵浦途径，在1064nm，1540nm， 808nm，980nm和650nm的激发下都可以观察到 绿色上转换发光。 第9页/共16页 三价稀土离子Yb3+具有最简单的能级结构，两个 能态2F5/2和2F7/2，避免了激光发射中激发态吸收

6、 、上转换、浓度猝灭等不利作用。Yb3+离子吸收 带位于0.91.1m波段，是与InGaAs LD泵浦源 （980nm）有效耦合，而且有宽的吸收线宽（ FWHM），使其无需严格的温度控制即可获得相 位匹配的泵浦波长。掺Yb3+离子复合钨酸盐体系 的激光晶体对调谐的微片激光器的发展具有重要 意义，已经引起广泛的重视。 第10页/共16页 1842年莫桑德尔从钇土中分离出铒土和铽土 后，不少化学家利用光谱分析鉴定，确定它们不是纯 净的一种元素的氧化物，这就鼓励了化学家们继续去 分离它们。在从氧化饵分离出氧化镱和氧化钪以后， 1879年克利夫又分离出两个新元素的氧化物。其中一 个被命名为thulium，以纪念克利夫的祖国所在地斯堪 的纳维亚半岛（Thulia），元素符号曾为Tu，今用 Tm3+。 第11页/共16页 2.理论基础理论基础 稀土离子中常见的发光机制主要有三种 激发态吸收 能量转移 “光子雪崩”过程 第12页/共16页 3. 3.实验部实验部 分分 上转换发光实验是在FLS920全功能稳态/瞬态荧光光谱仪 上完成的图3为Er3+/Yb3+/Yb3+离子在980nmLD抽运下的 上转换发光光谱。 图 3 980