激光材料课件完整版

激光材料lasermaterials序能源、信息和材料是现代文明的三大支柱，而材料又是一切技术发展的物质基础。功能材料就是在这一前提下发展起来的。而新型功能材料是指新近发展起来和正在发展中的具有优异性能和特殊功能，对科学技术尤其是对高技术的发展及新产业的形成具有决定意义的新材料。今天我们主要介绍光学功能材料中的激光材料。一、激光器的诞生19世纪的科学家们进行了关于电磁波的卓越的研究1905年爱因斯坦提出了光量子和光电效应的概念，揭示了辐射的波粒二象性

1916年爱因斯坦提出了受激辐射的概念1900年普朗克引入的能量量子的概念

基础性、探索性研究激光器的诞生激光走向新技术的开发和工程应用阶段1954年研制成第一台微波激射器

1958年美国的汤斯和苏联的巴索夫及普罗霍洛夫等人提出了激光的概念和理论设计1960年美国的梅曼研制成功第一台红宝石激光器；贾万等人研制成氦氖激光器。我国的第一台激光器于1961年在长春光机所创制成功

激光材料

世界上第一台激光器的诞生，使激光技术成为一门新兴科学发展起来，在光学发展史上翻开了崭新的一页。激光的出现极大地促进了光学材料的发展，目前已有数百种新型激光工作物质。

激光材料包括激光工质材料、激光调Q材料、激光调频材料和激光偏转材料。激光材料

自第一台激光器诞生后，激光技术便成为一门新兴科学发展起来，并且激光的出现又大大促进了光学材料的发展。1.激光的产生及特点激光的产生过程;当激光工作物质的粒子(原子或分子)吸收了外来能量后，就要从基态跃迁到不稳定的高能态，很快无辐射跃迁到一个亚稳态能级。粒子在亚稳态的寿命较长，所以粒子数目不断积累增加，这就是泵浦过程。当亚稳态粒子数大于基态粒子数，即实现粒子数反转分布，粒子就要跌落到基态并放出同一性质的光子，光子又激发其他粒子也跌落到基态，释放出新的光子，这样便起到了放大作用。如果光的放大在一个光谐振腔里反复作用，便构成光振荡，并发出强大的激光。激光技术的特点原理：利用受激辐射放大电磁波，可在紫外线、可见光、红外谱区极窄的频段内产生高强度相干辐射。激光的特性使之在光学应用领域带来了革命性的变化：

方向性单色性相干性高亮度接近单频干涉性好发射方向的空间内能量高度集中1.激光工质材料的种类

激光工质材料按照材料的性质可以分为固体、气体、液体和半导体四种。（一）固体激光工作物质固体激光工作物质应具备的基本条件是：(4)（1）材料应具有合适的光谱特性；（2）激发态吸收要小；（3）应具有良好的光学均匀性和稳定性；（4）应具有良好的物化性能。（二）气体激光工作物质原子、离子和分子气体三大类，品种很多。以气体为工作物质的激光器称为气体激光器。（三）液体激光工作物质含有稀土元素的二元酮有机溶液、有机燃料溶液、稀土元素的无机化合物溶液等三类。（四）半导体激光工作物质半导体激光器的作用原理乃是基于电子和空穴的辐射复合现象。半导体激光工作物质有几十种。三、激光工质材料的应用和发展方向激光工质材料的发展方向主要有以下几个方面：（1）发展高功率大尺寸激光工质材料。（2）提高掺杂浓度和激光功率。（3）开拓新波段的固体激光材料。（4）拓宽新的固体可调谐激光材料。（5）采用敏化技术。四、激光调Q材料激光调Q技术的原理是通过某种方法按规定程序改变腔的Q值，从而获得单个巨脉冲，能使普通脉冲激光器产生瞬时的高峰值。实现这种技术的材料叫调Q材料。2.常用激光材料激光工作物质分为固体、液体和气体激光工作物质。它们构成的激光器中固体激光器是最重要的一种，它不但激活离子密度大，振荡频带宽并能产生谱线窄的光脉冲，而且具有良好的机械性能和稳定的化学性能。固体激光工作物质又分为晶体和玻璃两种。(1)激光晶体材料大多数激光晶体是含有激活离子的荧光晶体，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。然而，前者占了现有激光晶体的绝大部分。(2)激光玻璃尽管玻璃中激活离子的发光性能不如在晶体中好，但激光玻璃储能大，基质玻璃的性质可按要求在很大范围内变化，制造工艺成熟，容易获得光学均匀的、从直径为几微米的光纤到长达几微米的玻璃棒和几十厘米的玻璃板，以及价格便宜等特点，使激光玻璃在高功率光系统、纤维激光器和光放大器，以及其他重复频率不高的中小激光器中得到了广泛的应用，与激光晶体一起构成了固体激光材料的两大类，并得到了迅速的发展。

红外材料红外材料是指与红外线的辐射、吸收、透射和探测等相关的一些材料。本节主要介绍红外透射和辐射材料。红外辐射材料理论上，在0K以上时，任何物体均可辐射红外线，故红外线是一种热辐射，有时也叫热红外。但工程上，红外辐射材料只指能吸收热物体辐射而发射大量红外线的材料。红外辐射材料可分为热型、“发光”型和热—“发光”混合型三类。红外加热技术主要采用热型红外辐射材料。(2)红外辐射材料的应用常用的发射率高的红外辐射材料有石墨、氧化物、碳化物、氮化物以及硅化物等。红外辐射搪瓷、红外辐射陶瓷以及红外辐射涂料等是一般红外辐射材料通常使用的形式。红外辐射涂料由辐射材料的粉末与粘接剂等按适当比例混合配制而成，通常涂敷在热物体表面构成红外辐射体。红外辐射材料在热能利用方面可用作红外加热、耐火材料等。红外加热与干燥是指利用热辐射体所发射出来的红外线，照射到物体上并被吸收后转换成热(或同时伴随其他非热效应)，从而达到加热、干燥的目的。如在机械和金属领域用于机械设备的金属部件、船舶的喷漆烘干，铸型的干燥等；在化工领域用于热塑性树脂的干燥、玻璃和陶瓷的预热和烧结等；在医疗领域用于促进血液循环和汗腺的分泌、外伤的治疗等；在食品工业领域用于冷冻谷类捆包前的脱水、稻谷水果的烘干等等。高发射率红外辐射涂层属于不定形耐火材料中的一种，一般被涂于加热炉的炉衬耐火砖或耐火纤维毡表面，也可涂于测温套管、烧嘴砖等表面，将十分有利于热能的利用。红外线治疗红外线治疗作用的基础是温热效应。在红外线照射下，组织温度升高，毛细血管扩张，血流加快，物质代谢增强，组织细胞活力及再生能力提高。红外线治疗慢性炎症时，改善血液循环，增加细胞的吞噬功能，消除肿胀，促进炎症消散。红外线可降低神经系统的兴奋性，有镇痛、解除横纹肌和平滑肌痉挛以及促进神经功能恢复等作用。在治疗慢性感染性伤口和慢性溃疡时，改善组织营养，消除肉芽水肿，促进肉芽生长，加快伤口愈合。红外线照射有减少烧伤创面渗出的作用。红外线还经常用于治疗扭挫伤，促进组织肿张和血肿消散以及减轻术后粘连，促进瘢痕软化，减轻瘢痕挛缩等。水分测定仪在测量样品重量的同时，红外加

热单元和水分蒸发通道快速干燥样品，在干燥过程中，水分仪持续测量并即时显示样品丢失的水分含量%，干燥程序完成后，最终测定的水分含红外辐射材料在军事应用方面可用于红外伪装和红外诱饵器。红外伪装的最基本原理是降低和消除目标和背景的辐射差别，以降低目标被发现和识别的可能性。近红外伪装涂层要求目标与背景的光谱反射率尽可能接近；中、远红外伪装涂层则一般采用低发射率涂层材料，以弥补二者的温度差异。红外诱饵器作为对付红外制导导弹的一种对抗手段，