激光材料課件完整版

激光材料lasermaterials序能源、信息和材料是現(xiàn)代文明的三大支柱，而材料又是一切技術發(fā)展的物質基礎。功能材料就是在這一前提下發(fā)展起來的。而新型功能材料是指新近發(fā)展起來和正在發(fā)展中的具有優(yōu)異性能和特殊功能，對科學技術尤其是對高技術的發(fā)展及新產業(yè)的形成具有決定意義的新材料。今天我們主要介紹光學功能材料中的激光材料。一、激光器的誕生19世紀的科學家們進行了關于電磁波的卓越的研究1905年愛因斯坦提出了光量子和光電效應的概念，揭示了輻射的波粒二象性

1916年愛因斯坦提出了受激輻射的概念1900年普朗克引入的能量量子的概念

基礎性、探索性研究激光器的誕生激光走向新技術的開發(fā)和工程應用階段1954年研制成第一臺微波激射器

1958年美國的湯斯和蘇聯(lián)的巴索夫及普羅霍洛夫等人提出了激光的概念和理論設計1960年美國的梅曼研制成功第一臺紅寶石激光器；賈萬等人研制成氦氖激光器。我國的第一臺激光器于1961年在長春光機所創(chuàng)制成功

激光材料

世界上第一臺激光器的誕生，使激光技術成為一門新興科學發(fā)展起來，在光學發(fā)展史上翻開了嶄新的一頁。激光的出現(xiàn)極大地促進了光學材料的發(fā)展，目前已有數(shù)百種新型激光工作物質。

激光材料包括激光工質材料、激光調Q材料、激光調頻材料和激光偏轉材料。激光材料

自第一臺激光器誕生后，激光技術便成為一門新興科學發(fā)展起來，并且激光的出現(xiàn)又大大促進了光學材料的發(fā)展。1.激光的產生及特點激光的產生過程;當激光工作物質的粒子(原子或分子)吸收了外來能量后，就要從基態(tài)躍遷到不穩(wěn)定的高能態(tài)，很快無輻射躍遷到一個亞穩(wěn)態(tài)能級。粒子在亞穩(wěn)態(tài)的壽命較長，所以粒子數(shù)目不斷積累增加，這就是泵浦過程。當亞穩(wěn)態(tài)粒子數(shù)大于基態(tài)粒子數(shù)，即實現(xiàn)粒子數(shù)反轉分布，粒子就要跌落到基態(tài)并放出同一性質的光子，光子又激發(fā)其他粒子也跌落到基態(tài)，釋放出新的光子，這樣便起到了放大作用。如果光的放大在一個光諧振腔里反復作用，便構成光振蕩，并發(fā)出強大的激光。激光技術的特點原理：利用受激輻射放大電磁波，可在紫外線、可見光、紅外譜區(qū)極窄的頻段內產生高強度相干輻射。激光的特性使之在光學應用領域帶來了革命性的變化：

方向性單色性相干性高亮度接近單頻干涉性好發(fā)射方向的空間內能量高度集中1.激光工質材料的種類

激光工質材料按照材料的性質可以分為固體、氣體、液體和半導體四種。（一）固體激光工作物質固體激光工作物質應具備的基本條件是：(4)（1）材料應具有合適的光譜特性；（2）激發(fā)態(tài)吸收要?。唬?）應具有良好的光學均勻性和穩(wěn)定性；（4）應具有良好的物化性能。（二）氣體激光工作物質原子、離子和分子氣體三大類，品種很多。以氣體為工作物質的激光器稱為氣體激光器。（三）液體激光工作物質含有稀土元素的二元酮有機溶液、有機燃料溶液、稀土元素的無機化合物溶液等三類。（四）半導體激光工作物質半導體激光器的作用原理乃是基于電子和空穴的輻射復合現(xiàn)象。半導體激光工作物質有幾十種。三、激光工質材料的應用和發(fā)展方向激光工質材料的發(fā)展方向主要有以下幾個方面：（1）發(fā)展高功率大尺寸激光工質材料。（2）提高摻雜濃度和激光功率。（3）開拓新波段的固體激光材料。（4）拓寬新的固體可調諧激光材料。（5）采用敏化技術。四、激光調Q材料激光調Q技術的原理是通過某種方法按規(guī)定程序改變腔的Q值，從而獲得單個巨脈沖，能使普通脈沖激光器產生瞬時的高峰值。實現(xiàn)這種技術的材料叫調Q材料。2.常用激光材料激光工作物質分為固體、液體和氣體激光工作物質。它們構成的激光器中固體激光器是最重要的一種，它不但激活離子密度大，振蕩頻帶寬并能產生譜線窄的光脈沖，而且具有良好的機械性能和穩(wěn)定的化學性能。固體激光工作物質又分為晶體和玻璃兩種。(1)激光晶體材料大多數(shù)激光晶體是含有激活離子的熒光晶體，按晶體的組成分類，它們可分為摻雜型激光晶體和自激活激光晶體兩類。然而，前者占了現(xiàn)有激光晶體的絕大部分。(2)激光玻璃盡管玻璃中激活離子的發(fā)光性能不如在晶體中好，但激光玻璃儲能大，基質玻璃的性質可按要求在很大范圍內變化，制造工藝成熟，容易獲得光學均勻的、從直徑為幾微米的光纖到長達幾微米的玻璃棒和幾十厘米的玻璃板，以及價格便宜等特點，使激光玻璃在高功率光系統(tǒng)、纖維激光器和光放大器，以及其他重復頻率不高的中小激光器中得到了廣泛的應用，與激光晶體一起構成了固體激光材料的兩大類，并得到了迅速的發(fā)展。

紅外材料紅外材料是指與紅外線的輻射、吸收、透射和探測等相關的一些材料。本節(jié)主要介紹紅外透射和輻射材料。紅外輻射材料理論上，在0K以上時，任何物體均可輻射紅外線，故紅外線是一種熱輻射，有時也叫熱紅外。但工程上，紅外輻射材料只指能吸收熱物體輻射而發(fā)射大量紅外線的材料。紅外輻射材料可分為熱型、“發(fā)光”型和熱—“發(fā)光”混合型三類。紅外加熱技術主要采用熱型紅外輻射材料。(2)紅外輻射材料的應用常用的發(fā)射率高的紅外輻射材料有石墨、氧化物、碳化物、氮化物以及硅化物等。紅外輻射搪瓷、紅外輻射陶瓷以及紅外輻射涂料等是一般紅外輻射材料通常使用的形式。紅外輻射涂料由輻射材料的粉末與粘接劑等按適當比例混合配制而成，通常涂敷在熱物體表面構成紅外輻射體。紅外輻射材料在熱能利用方面可用作紅外加熱、耐火材料等。紅外加熱與干燥是指利用熱輻射體所發(fā)射出來的紅外線，照射到物體上并被吸收后轉換成熱(或同時伴隨其他非熱效應)，從而達到加熱、干燥的目的。如在機械和金屬領域用于機械設備的金屬部件、船舶的噴漆烘干，鑄型的干燥等；在化工領域用于熱塑性樹脂的干燥、玻璃和陶瓷的預熱和燒結等；在醫(yī)療領域用于促進血液循環(huán)和汗腺的分泌、外傷的治療等；在食品工業(yè)領域用于冷凍谷類捆包前的脫水、稻谷水果的烘干等等。高發(fā)射率紅外輻射涂層屬于不定形耐火材料中的一種，一般被涂于加熱爐的爐襯耐火磚或耐火纖維氈表面，也可涂于測溫套管、燒嘴磚等表面，將十分有利于熱能的利用。紅外線治療紅外線治療作用的基礎是溫熱效應。在紅外線照射下，組織溫度升高，毛細血管擴張，血流加快，物質代謝增強，組織細胞活力及再生能力提高。紅外線治療慢性炎癥時，改善血液循環(huán)，增加細胞的吞噬功能，消除腫脹，促進炎癥消散。紅外線可降低神經系統(tǒng)的興奮性，有鎮(zhèn)痛、解除橫紋肌和平滑肌痙攣以及促進神經功能恢復等作用。在治療慢性感染性傷口和慢性潰瘍時，改善組織營養(yǎng)，消除肉芽水腫，促進肉芽生長，加快傷口愈合。紅外線照射有減少燒傷創(chuàng)面滲出的作用。紅外線還經常用于治療扭挫傷，促進組織腫張和血腫消散以及減輕術后粘連，促進瘢痕軟化，減輕瘢痕攣縮等。水分測定儀在測量樣品重量的同時，紅外加

熱單元和水分蒸發(fā)通道快速干燥樣品，在干燥過程中，水分儀持續(xù)測量并即時顯示樣品丟失的水分含量%，干燥程序完成后，最終測定的水分含紅外輻射材料在軍事應用方面可用于紅外偽裝和紅外誘餌器。紅外偽裝的最基本原理是降低和消除目標和背景的輻射差別，以降低目標被發(fā)現(xiàn)和識別的可能性。近紅外偽裝涂層要求目標與背景的光譜反射率盡可能接近；中、遠紅外偽裝涂層則一般采用低發(fā)射率涂層材料，以彌補二者的溫度差異。紅外誘餌器作為對付紅外制導導彈的一種對抗手段，