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稀 土 离 子 的 能 级 图
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Nd3+离子
激光阈值很低 跃迁通道多 发射截面大
2H9/2
4F5/2 4F3/2
800nm
1064nm 4I15/2
44II1113//22 4I9/2
Nd3+的能级示意图
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氟硼磷酸基质玻璃中Nd3+的光谱
Nd3+离子
容易制得大尺寸的激光棒或激光圆盘，光学质量比 较容易得到保证等；
激光玻璃的价格也比晶体等激光工作物质要便宜得 多。
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物质发光的机理
处于高激发能态的粒子，有自发地回到基态或较低能态的 趋势，在粒子由高能态自发地跃迁到低能态的过程中，将 同时发射出一个光子 (即组成光的基本单元)，其能量等于 高能态与低能态的能量之差：E光子=E高－E低。
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激光器是60年代初出现的一种新光源，它具有高亮度、 方向性和单色性等优点。
1960年第一台激光器问世后，1961年就出现了激光玻 璃。与其它激光工作物质相比，激光玻璃有其本身独 特的优点。
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1966年，E. Carnall等采用真空热压烧结技术制备了光学透明的
Dy:CaF2陶瓷，并且在液氮温度下实现了激光振荡，其激光阈值
射中心，导致光学谐振腔损耗增加，并使各模式相互耦合产生新的本征模式，从
而提高激光振荡阈值、降低斜率效率，以及增加光束的发散度。但在优质的光学 晶体中，由于缺陷浓度低，由散射引起的总吸收系数随波长的变化不明显。
1995年，激光透明陶瓷才取得突破性的进展，日本学者A. Ikesue等采用固相反应 法制备出了高质量的Nd:YAG透明陶瓷，其折射率、热导率、硬度等物理性能与 Nd:YAG单晶相似。 同时他们研制出世界上第一台Nd:YAG陶瓷激光器，用输出功率为600mW，输出 波长为808nm的LD，采用端面泵浦技术泵浦1.1at%Nd:YAG透明陶瓷，其激光阈 值仅比单晶稍高，斜率效率为28%，激光最大输出功率为70mW。随后A. Ikesue 的研究小组系统地研究了钕离子浓度对Nd:YAG透明陶瓷光学性能的影响、 Nd:YAG激光透明陶瓷中的散射中心以及Nd:YAG透明陶瓷中气孔体积对激光性能 的影响。
荧光光谱
谐振腔 示意图
激光介质
激光
全反射pp镜t课件
部分反射镜
11பைடு நூலகம்
激光器对激光玻璃的要求
激光玻璃由基质玻璃和激活离子两部分组成。 物理化学性质主要由基质玻璃决定。 光谱性质则主要由激活离子决定。 但是，基质玻璃与激活离子彼此间相互作用，所以 激活离子对激光玻璃的物理化学性质有一定的影响， 而基质玻璃对它的光谱性质的影响也相当重要。
激发态
光
光
子
子
基态
自发辐射
共振吸收
受激辐射
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发光物质的粒子数反转和受激发射
在正常情况下，粒子绝大多数都聚集在基态，只 有少数粒子处于高激发能态。使多数粒子不是聚 集在基态而是聚集在高激发能态，这种特殊状态 称为粒子数分布的反转状态。人们把处于粒子数 反转状态的工作物质的上述行为称为光的受激发 射。
与单晶相似。
1972年，R. C. Anderson等开发出了NDY (Nd doped Yttralox)陶
瓷激光器。随后的两年中，C. Greskovich等用传统的陶瓷烧结
方法制备了更高质量的NDY透明陶瓷，其激光阈值和斜率效率与
当时的钕玻璃相近。
在随后的20余年中，陶瓷激光材料并没有受到关注，因为其性能
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随后A. Ikesue的研究小组系统地研究了钕离子浓度对Nd:YAG透 明陶瓷光学性能的影响、Nd:YAG激光透明陶瓷中的散射中心以 及Nd:YAG透明陶瓷中气孔体积对激光性能的影响。 1999年，日本神岛化学公司T. Yanagitani的研究小组采用纳米技 术和真空烧结方法制备了高质量的Nd:YAG透明陶瓷，其吸收、 发射和荧光寿命等光学特性与单晶几乎一致。 2000年，神岛化学公司和日本电气通信大学的K. Ueda的研究小 组一起首次用这种方法实现了高效激光输出。
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激光器对激光玻璃的要求
激活离子的发光机构中必须有亚稳态，形成三能级或 四能级机构，并要求亚稳态有较长的寿命，使粒子数 易于积累，达到反转。
光玻璃必须有各种适当的光谱性质。
激光基质玻璃必须有照好的透明度，尤其是对激光波 长的吸收应尽可能低。
激光玻璃必须有良好的光学均匀性、热光稳定性，及 物理化学性能。
激光玻璃
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目录
激光玻璃是一种以玻璃为基质的固体 因为该样品在短波区的透过率不高
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激光玻璃是一种以玻璃为基质的固体激光材料。它广泛应用于各 类型固体激光光器中，并成为高功率和高能量激光器的主要激光材料。
激光玻璃由基质玻璃和激活离子两部分组成。激光玻璃各种物理 化学性质主要由基质玻璃决定，而它的光谱性质则主要由激活离子决 定。但是基质玻璃与激活离子彼此间互相作用，所以激活离子对激光 玻璃的物理化学性质有一定的影响，而基质玻璃对它的光谱性质的影 响有时还是相当重要的。
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光学谐振腔
在激光器中，初始的光信号来源于自发辐射，而自发辐射 的光是杂乱无章的。为了在其中进取一定传播方向和频率 的信号，使其有最优的放大作用，而把其它方向和频率的 光信号抑制住，最后获得单色性和方向性很好的激光，可 在工作物质的两端加两块相互平行的反射镜，这对反射镜 称为光学谐振腔。
基于这一技术，日本的神岛化学公司、日本电气通信大学、俄罗 斯科学院的晶体研究所等联合开发出一系列二极管泵浦的高功率 和高效率固体激光器，激光输出功率从31W提高到72W、88W和
1.46 KW
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玻璃的化学组成可以在很宽的范围内改变，因此， 可以制备出各种性质不同的激光玻璃，掺入激活离 子的种类和数量不太受限制；
不及单晶和玻璃基质材料。
在早期的Nd:YAG透明陶瓷样品中，缺陷浓度高（特别是微气
孔），在短波区有很强的散射损耗。这样也就不难理解为何
Nd:YAG透明陶瓷在激光振荡区(1064nm处)有很高的透过率，但
仍未能实现激光输出。
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因为该样品在短波区的透过率不高，光吸收系数较大，亦即存在一定浓度的光散