激光晶体应用及发展.docx

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1、上海大学SHANGHAI UNIVERSITY课程论文COURSE PAPER题目:激光晶体应用及开展专业学号 学生姓名 授课教师化学XXXXXXXXXXXXXX课程论文评语:评阅人：评阅日期:激光晶体的应用及开展Xxx上海大学X学院，上海200444摘要：激光晶体是激光晶体可将外界提供的能量通过光学谐振腔转化为在空间和时间上相干的具有高度平 行性和单色性激光的晶体材料。不同的激光晶体可以通过激光器发射出波长不同的激光，由于每一种激光 晶体只能发射出相对应波长的激光，所以激光晶体种类繁多。不同的激光晶体在不同领域中具有广泛的应 用，而且应用的范围还在并不多开展扩大，拥有非常好的开展前景。.关键

2、词：激光晶体，激光器，红宝石激光，应用，开展1引言激光是光受激发射出的光，而激光晶体是激光晶体可将外界提供的能量通过光学谐振腔 转化为在空间和时间上相干的具有高度平行性和单色性激光的晶体材料。激光晶体材料是用 于制作固体激光器的工作介质，是固体激光技术及产业的基础支撑材料。在激光晶体产品中, 激光晶体所占的比例虽小，但对推动激光器为基础的激光技术开展有不可低估的作用。不同 的激光晶体受激发射出的激光波长相对固定，因此激光晶体种类繁多。2激光晶体的分类大多数激光晶体是含有激活离子的荧光晶体。激光晶体一定要具备以下四个基本条件: 材料应具有合适的光谱特性、激发态吸收要小、应具有良好的光学均匀性和稳

3、定性、应具有 良好的物化性能。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。激光晶体由基 质材料和激活离子两局部组成。基质材料的作用主要是为激活离子提供一个适当的晶格场。它决定激光晶体的各种物理 化学性质。晶体基质又分为掺杂型、自激活型和色心型二种。基质材料主要有以下二种：金 属氧化物、含氧酸盐晶体以及氟化物。激活离子主要包括稀土离子、过渡金属离子和钢系离 子。以下表1示出常用的激活离子和基质晶体:表1常用的激活离子和基质晶体激活离子稀土离子Nd、Yb3 Ho3， Er3 Tm31 Ce，+等过渡金属离子Cr3 Ti、Cr、Co*、Ni?+等基质晶体氧化物晶体蓝宝石(Al20

4、3)钻铝石榴石(YAG)、铉绿石榴石(GGG)等氟化物晶体氟化钮锂、氟铝锢锂、氟铝钙锂等含氧酸盐晶体铝酸忆、铀酸钮、硼酸铝铝、氟磷酸铜、硼酸氧铉钙3红宝石激光器1916年爱因斯坦提出受激辐射的概念，为激光器的创造提供了理论基础，其后多个研 究者完善了激光理论。I960年美国人梅曼建造出世界第一台激光器(红宝石激光器)，他将闪光灯线圈缠绕在 指尖大小的红宝石棒上，从而产生一条相当集中的纤细红色光柱，当它射向某一点时，可使 这一点到达比太阳还高的温度，激光时代由此开启，从此和人们的生活息息相关。 这之后激光技术开展十分迅速，在越来越多的领域内得到了应用。图1第一台红宝石激光器图2运行中的红宝石激光

5、器红宝石激光管器的工作物质是铭离子（C/+）的蓝宝石。工作物质是激光器中借以发射激光的物质，是激光器的核心。红宝石激光器示意图如图3：冷却外置镜子 （局部透过）激光输出电容组“1（-|小|电源图3红宝石激光器示意图红宝石是在蓝宝石（AI2O3单晶）中加入0.05% C/+离子后得到的产物。CT离子使红宝 石呈红色，更重要的是提供了产生激光的所必要的电子能态。激光是由其中铭离子的2E能级到加能级的跃迁发射的。发出的单色激光的波长为694. 3nmo红宝石激光器是最早被创造出来的激光器，在各种激光器中，有很好的代表性。4激光的应用4.1激光避雷针飞秒（千万分之一秒）级激光脉冲在电离空气中制造的一个

6、虚拟“避雷针”。激光可以 诱导形成空气通道引导放电路径。激光避雷针在研究和用作防护装置方面的潜力，可以有效 替代现在的引雷火箭。图4激光诱导闪电示意图2激光手术在医学领域，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 迅速的开展，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. 3激光测距可以利用激光发射和反射的时间以及光速来计算激光发射点和反射点的距离，这个方法 的特点就是准确。5. 4激光在工业上的应用工业上利用激光的高密度、高亮度和高定向性的特点，把激光辐射能量集中在较小的空 间范围内，产生几千度到儿万度以上的高温。5激光的开展前景5.1激光器的前景(1)激

7、光器技术开发向高功率、高光束质量、高可靠性、高智能化和低本钱方向开展。(2)激光器研究向固态方向开展，半导体激光器、半导体泵浦固体激光器和光纤激光器成 为激光器开展方向的代表。(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。2激光晶体的主要开展趋势和优先开展方向纵观固体激光器的应用现状和开展前景，近阶段激光晶体的主要开展趋势是迫切开展如下4个方面，并将取得突破和实际应用：(1) High-power&energysoi 1 d state laser materials (1 um )面向先

8、进制造技术、激光 武器等应用的高功率、大能量激光晶体(1 um波段)，如Yb: YAG、Nd:GGG等；(2) Mid-& far-IR solid state laser materials面向人眼平安、遥感、光通讯、医疗等 应用的红外激光晶体(3) Visible&UV solid state laser materials面向全色显示、光刻等应用的蓝绿紫和可 见光激光晶体(4) Super-fast solid state laser materials LD泵浦超快激光增益和放大介质材料”4.DPL超快激光材料M:Y （；+、h：Y AC+Nd:、（）,钛宝石3.高功率、大能收激此材料

9、（约卬而图5激光晶体材料的四大开展方向可以预测，随着具有更加优异综合性能基质晶体的出现，考虑到超快激光器在超微细工、 生物医疗等方面应用的独特优势，全固态超快激光器不但在科研，而且必将实现工业化技术 上的突破。3激光晶体未来亟待解决的问题在激光晶体方面，未来5-10年激光晶体亟待解决的几个关键科学问题：1）激光晶体生长科学和技术的基础问题；2）晶体中离子的发光特性、能量传递及其与晶格相互作用的机理；3） LD抽运高功率密度下（104-107W/cm2）激光晶体的热效应；4）激光损伤的微观机理；5）高功率密度下晶体的新物理效应（如放大自发辐射、饱和色心）及对激光性能的影响等。6结论激光晶体的种类

10、多种多样，在我们的日常生活中的方方面面都有着应用，主要是因为激光具 有方向性好；相干性好；亮度高（即能量集中）；单色性纯这些优良特性。所以激光晶体在 未来的开展有很好的前景，将会被应用到更多领域中。参考文献：1晶体激光材料徐雪珍、桂尤喜、袁桐2 Maiman T H. Naturel960. （187）: 493-4943固体激光晶体【4】激光晶体的现状及开展趋势，徐军，苏良碧，徐晓东，赵志伟，赵广军，1000-3 24X （2006）05-1025-06【5】激光晶体材料的开展和思考，徐军，中国科学院上海光学精密机械研究所，上海2018006晶态和非晶态激光材料及其应用战略，东方科技论坛:上海，2005, . sh. cn.