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五光十色的激光材料

导读: 激光材料是把各种泵浦(电、光、射线)能量转换成激光的材料。激光器的工作物质。激光材料主要是凝聚态物质,以固体激光物质为主。

  激光材料是把各种泵浦(电、光、射线)能量转换成激光的材料。激光器的工作物质。激光材料主要是凝聚态物质,以固体激光物质为主。固体激光材料分为两类。一类是以电激励为主的半导体激光材料,一般采用异质结构,由半导体薄膜组成,用外延方法和气相沉积方法制得。根据激光波长的不同,采用不同掺杂半导体材料 。通常在可见光区域 ,以族化合物半导体为主;在近红外区域,以族化合物半导体为主;在中红外区域以Ⅳ-Ⅵ 族化合物半导体为主。另一类是通过分立发光中心吸收光泵能量后转换成激光输出的发光材料。这类材料以固体电介质为基质,分为晶体和非晶态玻璃两种。激光晶体中的激活离子处于有序结构的晶格中,玻璃中的激活离子处于无序结构的网络中。常用的这类激光材料以氧化物和氟化物为主,如硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、氟化物玻璃、氧化铝晶体、钇铝石榴石晶体、氟化钇锂等。氧化物材料具有良好的物理性质,如高的硬度、机械强度和良好的化学稳定性;氟化物材料具有低的声子频率、宽的光谱透过范围和高的发光量子效率。

  一个原子吸收能量之后,从低能态到高能态的过程称为激发过程。反之,处于激发状态的原子是不稳定的,总是自发地回到低能态,同时有光子发出。这一过程叫“自发辐射”。如果原子吸收外界光能而跃迁到高能级,而受外界光感应产生辐射又回到低能态,这一过程叫“受激发射”。但是,只有采用一种办法使物质中大量粒子同时处于激发态,并通过外界光感应,使所有处于激发态的粒子几乎同步完成受激辐射回到低能态,这时物质才能发出一柬强大的光束来,称为“激光”。打个比方,激光的产生过程好比用水泵将水抽到水塔顶部,然后突然打开闸门,这时水就会以强大的力量喷射而出。当然,激光的产生过程要远比上面的例子复杂得多。

  在固体激光器中,能产生激光的晶体或玻璃被称为激光工作物质。激光工作物质由基质和激活离子两部分组成,基质材料为激活离子提供了一个合适的存在与工作环境,而由激活离子完成激光产生过程。常用的激活离子主要是过渡金属离子,如铬、钻、镍等离子以及稀土金属离子,如钕离子等。

  固体激光器主要由闪光灯、激光工作物质(如红宝石激光晶体)和反射腔镜片组成,反射镜表面镀有介质膜,一片为全反射镜,另一片为部分反射镜。掺铬红宝石是一种最早发现和使用的激光工作物质。现在已研制成功了数十种可供应用的激光晶体。当采用不同的激活离子、不同的基质材料和不同波长的光激励,会发射出各种不同波长的激光。

  早期的固体激光器都是用闪光灯或其他激光器,来完成激光工作物质内原子的受激辐射过程的,这基本上是由一种形式的光能转化为激光能量的过程。如何把电能直接转化为激光的能量,一直是人们梦寐以求的事情。近年来,科学家成功地研制出了半导体激光器,一旦接通电源,便会发出激光。选用不同的半导体材料和不同制造工艺可以制造出功率不同、发射不同波长激光的激光器。半导体激光器的出现,大大减少了激光器的体积,米粒大的一个半导体芯片,接上电源,便会发射出神奇的激光。目前,半导体激光器已在许多方面得到了广泛的应用。

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