四光学材料PPT课件

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光学功能材料课件

为了实现可持续发展，光学功能材料产业需要注重循环经济。通过回收、再利用废弃的光学元件和材料，减少对自然资源的依赖，降低环境负担。同时，推动产学研合作，加强技术创新和人才培养，为光学功能材料的可持续发展提供有力支持。
THANKS
感谢观看
太阳能电池
太阳能电池中的减反射膜能够减少入射光的反射损失，提高
光电转换效率。
05
新型光学功能材料
光子晶体
定义
光子晶体是一种具有周期性折射率变化的介质，能够影响光的传
播行为。
特性
光子晶体具有禁带特性，即某些特定频率的光不能在其中传播，类似于电子在半导体中的行为。
应用
光子晶体可用于制造高效的光子器件，如光子晶体激光器、光子晶体光纤等。
光学功能材料课件
• 光学功能材料概述 • 光学玻璃 • 光学晶体 • 光学薄膜 • 新型光学功能材料 • 光学功能材料的未来发展趋势
01
光学功能材料概述
光学功能材料的定义
定义描述
光学功能材料是指那些具有特殊光学性质，能够通过光的吸收、发射、传输、调制等实现一种或多种特定光学功能的材料。
特征说明
光学玻璃
如冕玻璃、火石玻璃等，具有优异的成像质量和光学稳定性，用于制造各类透镜、棱镜和窗口。
非线性光学晶体
如磷酸二氢钾（KDP）、铌酸锂（LiNbO3）等，能够实现光频转换、光开关、光调制等功能，应用于激光技术、光通讯和光信息处理中。
光学功能材料的应用领域
01
02
03
04
05
光电子领域：用于制造光电子器件，如激光器、光放大器、光调制器等。
02
光学玻璃
光学玻璃的定义和性质

生物医学光学第四组-活体成像技术课件

05
CATALOGUE
活体成像技术的应用案例
肿瘤研究
肿瘤标记物检测
利用活体成像技术检测肿瘤细胞表面或内部的标记物，实现肿瘤的早期发现和定位。
肿瘤生长与扩散监测
通过定期对同一只动物进行成像，观察肿瘤的生长、转移和扩散情况，评估治疗效果。
药物疗效评估
通过比较治疗前后肿瘤的大小、形态和荧光强度等指标，评估药物治疗的效果。
02
药物代谢与分布研究
研究药物在体内的代谢过程、分布情况以及与靶点的结合情况，为新药研发提供依据。
03
毒理学研究
通过观察药物对生物体的毒性作用和损伤情况，评估药物的毒性和安全性。
生物医学工程与再生医学研究
组织工程与再生医学
利用活体成像技术观察组织工程材料在体内的降解和再生过程，为组织工程和再生医学研究提供支持。
未来活体成像技术将进一步提高灵敏度和分辨率，以便更准确地检测和诊断疾病。
通过改进技术和设备，降低活体成像技术的成本和时间成本，使其更具有实际应用价值。
拓展应用范围
与其他技术的结合
未来活体成像技术的应用范围将进一步拓展，不仅局限于医学领域，还将应用于生物学、农业等领域。
未来活体成像技术将与其他技术如基因测序、蛋白质组学等相结合，形成更为综合的生物医学检测和分析方法。
活体成像技术可以实时监测生物体内的情况，有助于及时发
现和诊断疾病。
无创无损
活体成像技术通常不需要侵入生物体内，因此对生物体无创
伤、无损害。
高灵敏度
活体成像技术具有高灵敏度，可以检测到生物体内微小的变
化。
可视化效果
活体成像技术可以将生物体内的变化以图像的形式直观地展现出来，便于观察和理解。

光学材料分类和性质Optical Materials

光学材料分类和性质 Optical Materials
主要内容：
激光材料光纤材料发光材料红外材料液晶材料光存储材料
第四章光学材料－§4.1 激光材料
第一节激光材料
一、激光的特性和激光器的基本结构
激光的特性
①定向性或准直性好一般光线是发散开来的。
②波长单一，即单色性好一般光通常是由几种不同频率的光组成的。
二、固体激光器材料
固体激光器材料应具备的条件
①应具有合适的光谱特性 ②激发态吸收要小 ③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
固体激光工作物质
固体激光工作物质由激活离子和基质晶体两部分构成。
1、激活离子
（1）激活离子的作用实现粒子数反转。激活离子在固体中提供亚稳态能级，由光泵作用激发振荡出一定波
第四章光学材料－§4.1 激光材料
2、基质晶体
（1）基质晶体的要求基质晶体一般是单晶体，应有良好的机械强度、良好的导热性和较小
的光弹性，对产生激光的吸收应接近零，且光学性能均匀。基质晶体都是“宝石”。
YAG : Nd（Y3Al5O12）
KTP（KTiOPO4）
一些常见的激光晶体
CLBO（CsLiB6O12）
③具有相干性激光的光波都是同相位的，可以互相增强，而一般光是非相干的。
④强度大，亮度高。
激光的上述四个特性都很重要，每一个特性都能开发出许多重要的应用。
第四章光学材料－§4.1 激光材料
激光器的基本结构
①激光介质
高
部
即激光材料。
分
反
透
②激励装置
过
激光产生的能源，作用
射
反
是把原子源源不断地激励

光学基本知识讲座PPT课件

.
10
物像基本概念
4.同心光束与光程 ★ 一个发光点或实物点总是发出同心光束，
它与球面波相对应 ★ 一个像点如果由对应的同心光束汇聚而成，这样
的像点称为完善像点
★ 要成为完善像点，必须使入射波面与出射波面之间光程是相等的：Σ n× d=const
n 介质折射率 d 光线所经过的实际长度
.
11
四.材料与色散
3.波像差：以波像差作为像质的评判依据，激光头物镜的设
计中常以此为评价标准；
4.光学传递函数：把物的亮度分布函数展开为傅里叶级数或
傅里叶积分，光学系统的特性就表现为它对各种频率正弦波的传
递和反应能力，于是出现了较全面评价光学系统的新的评价手段-
光学传递函数。在照相物镜设计中已得到普遍采用。
.
36
光学基本知识
两列波相遇时，必须满
足下述条件才能发生干涉：
1.频率相同；
2.振动方向相同；
3.具有恒定的相位差。
右图称为牛顿环，是光干涉的典型例子。
.
39
二.光的衍射
波在传播过程中，
当遇到障碍物就会偏离直线传播的现象，犹如声音可以绕过大墙，无线电波能够跨越高山。光在一定条件下也偏离直线，这就是光的衍射。
24
像差知识介绍
像差：由光线传播定律决定，从光路实际计算表明，
任意组合的光学系统只能对近轴物点以细光束
成像。随着视场和孔径的增大，成像光束的同
心性将遭到破坏，产生各种成像缺陷。这种成
像缺陷就是像差。
像差分类：
对单色光：球差、彗差、象散、场曲、畸变
对多色光：位置色差、倍率色差
.
25
1.球差

材料物理性能(第四章材料的光学性能)

发光材料的发光效果直接影响光电子器件的性能和效率。
以上是关于材料物理性能(第四章材料的光学性能)的高质量文案，包含了各个层级的标题和与标题相关的
内容列表。
谢谢大家
汇报人：AIPPT 汇报时间：202X.XX
材料物理性能(第四章材料的光学性能)
汇报人：AIPPT 汇报时间：202X.XX
目录
光学性能概述
折射率的影响因素
光学性能的应用
01
光学性能概述
光学性能的定义和重要性
光学性能的定义
光学性能是指材料在光学方面的表现和特性。它包括折射率、透过率、反射率、发光性能等指标。
光学性能的重要性
光学性能直接影响材料在光学器件中的应用效果。各种光学性能指标的优化可以提高光学器件的性能和效率。
折射率的调控可以实现透镜和棱镜的光学性能优化。合适的折射率分布可以消除光学器件的像差。
02
光纤和光波导的应用
折射率的调控可以实现光纤和光波导的传输性能优化。通过改变折射率分布可以实现光信号的传输和调控。
光学涂层和薄膜的设计
反射镜和透射镜的设计
反射镜和透射镜的光学性能与材料的折射率相关。通过合适的折射率调控可以实现涂层的光学性能优化。
光学滤波器和频率选择器的应用
光学滤波器和频率选择器的设计依赖于材料的折射率。材料的折射率调控可以实现滤波器和选择器的工作波长。
光学材料的发光性能优化
发光材料的选择和设计
不同发光材料具有不同的能带结构和发光性能。通过选择合适的发光材料可以实现发光器件的效率和亮度优化。
光电子器件的应用
光电子器件的光学性能与材料的发光性能相关。
杂质和掺杂物的影响
杂质和掺杂物的引入会改变材料的折射率。杂质和掺杂物的能带结构和晶体结构对折射率有影响。

2024版年度《光学》全套课件

2024/2/2
常见衍射现象
单缝衍射、圆孔衍射、光栅衍射等。 03
衍射现象应用
04 光谱分析、光学成像等。
15
偏振现象及其产生原因分析
偏振现象定义
偏振是指光波中电场矢量方向在传播过程中有规则变化的现象。
偏振产生原因
光波为横波，其电场矢量与磁场矢量相互垂直，且均垂直于传播方向。当光波经过某些物质时，其电场矢量方向受到限制，从而产生偏振现象。
3
光电效应规律及应用总结光电效应的规律，如光电效应方程、截止频率等，并探讨其在现代科技中的应用。
2024/2/2
20
玻尔原子模型及其意义探讨
2024/2/2
玻尔原子模型提出背景
介绍玻尔提出原子模型的背景，包括当时物理学界对原子结构的认识以及存在的困难。
玻尔原子模型内容及假设
详细阐述玻尔原子模型的内容，包括原子的定态假设、频率法则以及电子的跃迁等。
《光学》全套课件
2024/2/2
1
CONTENTS
• 光的本质与传播 • 几何光学基础 • 波动光学基础 • 量子光学基础 • 非线性光学简介 • 现代光学技术发展趋势
2024/2/2
2
2024/2/2
01
光的本质与传播
3
光的波粒二象性
2024/2/2
光的波动性质
光在传播过程中表现出波动性，如干涉、衍射等现象。
普朗克黑体辐射公式
02
介绍普朗克为解决黑体辐射问题提出的能量量子化假设，以及
由此导出的黑体辐射公式。
公式验证及意义
03
通过实验验证普朗克公式的正确性，并探讨其在物理学史上的
重要意义。
19

《光学高分子材料》课件

电致变色与电记忆效应
描述材料在特定条件下积累和释放静电的能力。
静电性能
热膨胀与热容
热稳定性与热分解温度
玻璃化转变温度与熔点
阻燃性能
光学高分子材料的发展趋势与挑战
高性能聚合物
随着科技的不断进步，光学高分子材料领域涌现出许多高性能聚合物，如聚酰亚胺、聚醚醚酮等，具有优异的光学性能、热稳定性和机械性能。
感谢观看
THANKS
光致变色与光稳定性能
01
03
02
04
硬度反映材料抵抗被划痕或刻入的能力，弹性模量则表示材料抵抗变形的能力。
硬度与弹性模量
韧性及抗冲击性
耐磨性与粘附性
疲劳性能
韧性描述材料在受力时吸收能量的能力，抗冲击性则表示材料抵抗冲击和振动的能力。
耐磨性描述材料抵抗磨损的能力，粘附性则表示材料与另一材料之间的粘合力。
聚合反应的条件和催化剂的选择对光学高分子材料的性能和纯度有重要影响。
质量控制包括对光学高分子材料的化学结构、纯度、光学性能、机械性能等方面的检测和控制。
质量控制的方法和标准应根据光学高分子材料的应用领域和客户需求来确定，以确保材料的质量和可靠性。
质量控制是确保光学高分子材料质量和性能稳定的关键环节。
要点二
详细描述
光学高分子材料是一种重要的高分子材料，具有优异的光学性能，如高透明度、低散射、高折射率等。这些特性使得光学高分子材料成为制造各种光学器件和光电材料的首选材料。根据不同的分类标准，光学高分子材料可以分为不同的种类，如按照来源可以分为天然高分子材料和合成高分子材料，按照应用领域可以分为塑料、树脂、橡胶等。
光学器件
光学高分子材料在生物医疗领域的应用逐渐增多，如光敏药物载体、荧光探针、生物成像等，具有无毒、生物相容性好等优点。

光学材料的应用PPT课件

技术发展与社会影响
技术进步推动光学材料不断革新，新型光学材料如光子晶体、非线性光学材料等的出现，为光学技术的发展开辟了新的道路。
光学材料的应用对社会产生了深远影响，如通信技术的变革、医疗诊断和治疗手段的升级、安全防护能力的提高等，极大地推动了社会的进步和发展。
THANKS
感谢观看
光学材料的应用
• 光学材料简介 • 光学材料的应用领域 • 光学材料的应用实例 • 光学材料的未来展望 • 结论
01
光学材料简介
光学材料的定义与分类
定义
光学材料是指能够传输、反射、折射、吸收或散射光线的物质，广泛应用于光学仪器、照明、显示等领域。
分类
光学材料根据其折射率、透射范围、硬度等特性可分为多种类型，如晶体、玻璃、塑料等。
新应用领域的探索
生物医疗领域
光学材料在生物医疗领域的应用逐渐增多，如光学成像、光学治疗等，未来光学材料在生物医疗领域的应用将更加深入。
能源领域
光学材料在太阳能利用、光热转换等领域的应用逐渐受到关注，未来光学材料在能源领域的应用将更加广泛。
技术创新的推动力
新技术发展
随着科技的不断发展，新型的光学技术如光子晶体、纳米光学等不断涌现，为光学材料的发展提供了新的机遇和挑战。
投影显示
利用光学材料的折射、反射和透射特性，将图像投影到屏幕上。
照明技术
LED照明
利用LED的光效高、寿命长、节能环保等特点，广泛应用于室内
外照明。
激光照明
利用激光的高亮度、单色性好等特点，实现远距离、高亮度的照明。
光纤照明
利用光纤的传输特性，实现柔和、均匀的照明效果。
光学仪器

光电子材料-4非线性光学材料

美国于1985年建成世界上最大的激光核聚变“诺瓦”装置，10路激光束产生的能量超过 40千焦耳。1994年美国批准建造一耗资18亿美元的“诺瓦升级”装置，总能量为1.8兆焦耳，其功率相当于全美国电网总功率的 1000倍。这套“诺瓦升级” 装置激光系统由 199 个子光束组成，每个光束都用到非线性光学晶体，将从激光器里产生的激光调整到原来频率的两倍或三倍，成为波长等于 351 纳米的近紫外强脉冲激光。目前使用的“诺瓦”装置的非线性光学晶体是磷酸二氢钾 (KDP) 晶体。
n3 (2 ) n1 ( )
因此在均匀晶体中，不可能实现倍频的匹配条件。（3）在各向异性晶体中，利用晶体的双折射效应，可实现相位匹配条件。具体说，o光折射率与光场的振动方向无关是一常数， e光折射率与光场振动方向有关，选择适当的入射光的振动方向，可以实现相位匹配条件。
相位匹配技术（1）双折射的寻常光和非寻常光
仅仅是光的波长
。
自1960年激光问世以来，出现了高光强、高单色性的相干光。激光在介质中传播时，将引起显著的非线性光学效应。1961年，用694．3nm的激光聚焦在石英晶片上，使输出光中出现 347．15nm的二倍频光．从此开创了非线性光学时代。在所谓非线性光学介质中，介质的折射率n和吸收系依赖于光强；
数
波的叠加原理不再成立，光通过非线性介质后的频率可以发生变化；在非线性光学介质中，光波可以控制光，即某一光场可以与其它光场发生相互作用，也可以与自身发生作用。
4.1 非线性光学效应简述一、线性与非线性极化
为什么会发生这些非线性光学现象呢？按照介质的偶极子模型，如果引起极化的光场强度远小于原子的内电场强度，极化可看作是线性的，即

精品物理光学PPT课件(完整版)

实验装置
激光源、双缝、屏幕。
实验现象
在屏幕上观察到明暗相间的干涉条纹。
理论分析
通过双缝的光波在屏幕上叠加，形成干涉图样。根据干涉条件，可推导出条纹间距与光源波长、双缝间距及屏幕距离的关系。
薄膜干涉原理及应用
01
薄膜干涉
光波在薄膜前后表面反射后叠加形成的干涉现象。
02 03
原理分析
光波在薄膜前后表面反射时，相位发生变化，当光程差为半波长的奇数倍时，反射光相互加强，形成亮纹；当光程差为半波长的偶数倍时，反射光相互减弱，形成暗纹。
光的偏振现象
光波是横波，其振动方向垂直于传播方向。通过偏振片可以观察到光的偏振现象。
几何光学基本概念
光线和光束
光线表示光传播的路径和方向，光束是由无数条光线组成的集合。
光的反射和折射
光在两种不同介质的交界面上会发生反射和折射现象，遵循反射定律和折射定律。
透镜成像
透镜是一种光学元件，可以改变光线的传播方向。通过透镜可以形成实像或虚像。
光的色散
色散是指复色光分解为单色光的现象。牛顿的棱镜实验揭示了光的色散现象。
02
光的干涉现象
干涉现象及其条件
干涉现象
干涉图样
两列或多列光波在空间某些区域相遇时，光强在空间重新分布的现象。
明暗相间的条纹，反映了光波的振幅和相位信息。
干涉条件
两列光波的频率相同、振动方向相同、相位差恒定。
双缝干涉实验分析
量子光学应用与前景
列举量子光学在量子通信、量子计算、量子精密测量等领域的应用，以及未来可能的发展趋势和挑战。
06
实验方法与技巧指导
基本实验仪器使用说明
分光计

光学设计 ppt课件

ppt课件
12
光路计算
在不同视场、不同孔径、不同色光等条件下，对大量光线，用准确的三角方法，通过光线追迹计算出射光线。通过近轴 “光路计算”可求得理想像点的位置；通过实际光线的追迹并与理想像比较得到的各像差值。可以做出各种表示像差的曲线，有经验的设计师往往一看这些曲线就能知道系统的缺陷所在。
nd -1
分子是可见光谱段两个边界波长的折射率之差，分母是光学材料在中间光谱的折射率与它在空气中折射率（相对于所有波长都是1）之差。
ppt课件
28
1.6 玻璃的特性
色散
一种测色散的方法是取比值：D
nF - nC nd -1
分子是可见光谱段两个边界波长的折射率之差，分母是光学材料在中间光谱的折射率与它在空气中折射率（相对于所有波长都是1）之差。
ppt课件
14
系统的修改
随着计算机性能的不断提高，许多告诉计算机程序能用最小二乘法同时修改几个参数以改变多种相差，为系统设计带来了巨大的便利。
光学设计师在做镜头设计时，其中一部分既占据时间又消耗精力的工作是系统一级以及三级的手动计算。
所谓系统的一级特性是指能用近轴公式描述的系统性质，包括等效焦距和后焦距；F数；像的位置；像的大小；主面位置；顶点与主面间的间隔；入瞳的大小和位置；出瞳的大小和位置；拉格朗日不变量；轴向和横向色差等。
ppt课件
9
ppt课件
10
1.2 镜头的设计步骤
镜头要预先设计好才能加工，也就是说，要预先计算或规定好各组元的表面曲率半径、厚度、空气间隔和口径，以及所采用的玻璃牌号。这些正是光学设计师的主要共作。
影响镜头成像质量的各种像差，可以通过改变镜头结构来消除或校正，改动的镜头参数称为“自由度”，包括各面的曲率半径、厚度与空气间隔、各镜片所用玻璃的折射率和色散率，以及孔径光阑的位置等。

光学材料ppt课件

5．机械强度和弹性模量好．可以承受较大应力而变形量小：
6．硬度高，表四不易划伤；
玻璃 2．防X射线玻璃 3．防中子玻璃
防辐射光学玻璃
• 光学眼镜玻璃
光
1．用于制造各种眼镜片的光学玻璃。
学
材
2．矫正视力用眼镜玻璃
料
3．遮阳用眼镜玻璃
4．工业保护目镜玻璃
11
光学晶体的重要性能表现在光谱透过范围和光学色散。虽然玻璃比人工晶体易于制造而且价格低廉，在可见光区范围内大多采用玻璃制作光学器件，但在紫外和红外波段，则仍然大量使用各种天然或人工晶体。晶体的优点是透过长波限较长，折射率和色散的变化大，物理化学性能多样化，不少晶体的熔点高，热稳定性好，能满足特殊要求。只有晶体具有双折射性能。
光学材料
12
光学晶体的应用
• 氧化物光学晶体中，金红石在1μm～5 μm范围内的折射率较高，常
用于制作元件窗口或探测器的前置透镜。蓝宝石可以作为从紫外光到
近红外光谱区的各种光学元件、电子绝缘基片以及用于人造卫星及火
箭导弹上的光学屏蔽罩，还可以利用其双折射特性做成滤光片和延迟
光
器等光学元件。
学
批量较大的光学仪器中，用于制造光学基板、透镜、隐
形眼镜、有机光导纤维等。已获得应用的光学塑料主要
有透明类塑料
光学
材
料
14
光学塑料的性能
• 折射率发生变化
通常光学塑料的折射率在1.45～1.60。塑料元件的折射率均匀性变
化可维持在±0.0005，但光学塑料的折射率温度系数dn/dt值比相应
玻璃高出5倍到50倍。
• 聚苯乙烯折射率为1.590，价格较低，注射成型性能好。但在近紫外

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第四章光学材料－§4.1 激光材料
三、半导体激光器的基本结构
基本结构
激光束
空穴流
电极
+ +p区+ +
活性区 - -n区- -
电子流
激光束 +
反射镜面
（晶体劈开面）
半导体激光器的基本结构
第四章光学材料－§4.1 激光材料
半导体激光器产生激光的条件
（1）利用电流注入的少数载流子复合时放出的能量须高效率变换为光。一般必须是直接带隙半导体。
（2）在引起反转分布时要注入足够浓度的载流子。载流子浓度低于某一阈值，仅引起注入发光，但不会发生激光。
（3）具备谐振器。利用垂直于结面而且平行的二极管两个侧面作为反射镜即可。
小提示：
直接带隙半导体——又称直接跃迁半导体，导带的最小值和价带的最大值均位于布里渊区内同一波数处的半导体，毋须声子参与，其中自由电子和空穴间能直接复合。它具有量子效率高的特点，GaAs是一种典型的直接带隙半导体。间接带隙半导体——又称间接跃迁半导体，导带底和价带顶都不在布里渊区内相同波数处的半导体，其中自由电子和空穴间不能直接复合，必须有声子参与才能复合，量子效率低。GaP是此类半导体之一。
第四章光学材料－§4.1 激光材料
（2）基质晶体的种类 ①氟化物晶体 CaF2、BaF2、SrF2、LaF3、MgF2等，立方形晶体结构。特点：熔点较低，易于生长单晶。宜在低温下工作，现应用较少。适用的激活离子：锕系离子U3+，稀土元素Sm3+、Dy3+、Tm3+、Nd3+和过渡金属离子Co2+、Ni2+等。 ②含氧金属酸化物晶体（阴离子络合物） CaWO4、CaMnO4、LiNbO4、Ca(PO4)3F等。特点：掺杂时需要电荷补偿，是一种四能级机构的工作物质。适用的激活离子：三价稀土离子。 ③金属氧化物晶体如Al2O3、Y3Al5O12、Er2O3、Y2O3等。特点：熔点高、硬度大、物理化学性能稳定，应用最广泛。适用的激活离子：三价过渡金属或三价稀土离子，如Cr3+、Nd3+等。
第四章光学材料－§4.1 激光材料
E1 694.3nm 受激辐射跃迁
E0
红宝石中铬离子能级示意图
主要用途：激光器基础研究、强光光学研究、激光光谱研究、激光照相和全息技
术、激光雷达与测距技术等。
第四章光学材料－§4.1 激光材料
钕钇铝石榴石激光晶体 (YAG:Nd3+)
优点：
属四能级系统，产生激光的阈值较低。力学、热学和光学性能良好。
二、固体激光器材料
固体激光器材料应具备的条件
①应具有合适的光谱ห้องสมุดไป่ตู้性 ②激发态吸收要小 ③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
固体激光工作物质
固体激光工作物质由激活离子和基质晶体两部分构成。
1、激活离子
（1）激活离子的作用实现粒子数反转。激活离子在固体中提供亚稳态能级，由光泵作用激发振荡出一定波
③具有相干性激光的光波都是同相位的，可以互相增强，而一般光是非相干的。
④强度大，亮度高。
激光的上述四个特性都很重要，每一个特性都能开发出许多重要的应用。
第四章光学材料－§4.1 激光材料
激光器的基本结构
①激光介质
高
部
即激光材料。
分
反
透
②激励装置
过
激光产生的能源，作用
射
反
是把原子源源不断地激励
第四章光学材料－§4.1 激光材料
2、基质晶体
（1）基质晶体的要求基质晶体一般是单晶体，应有良好的机械强度、良好的导热性和较小
的光弹性，对产生激光的吸收应接近零，且光学性能均匀。基质晶体都是“宝石”。
YAG : Nd（Y3Al5O12）
KTP（KTiOPO4）
一些常见的激光晶体
CLBO（CsLiB6O12）
第四章光学材料
Chapter 4 Optical Materials
主要内容：
激光材料光纤材料发光材料
液晶材料光存储材料
第四章光学材料－§4.1 激光材料
第一节激光材料
一、激光的特性和激光器的基本结构
激光的特性
①定向性或准直性好一般光线是发散开来的。
②波长单一，即单色性好一般光通常是由几种不同频率的光组成的。
向
镜
镜
到高能级上，实现“粒子
数反转”。激励装置也叫
“泵浦”，它可以是光源
泵、电流泵，也可以是激
光器泵另一个激光器。
激光器的三个基本组成部分
③反馈系统
又称谐振腔。通常由两端各一个反射镜组成，镜子能将激光介质所产
生的相干光反射回到介质中，使其来回振荡，光子就越积越多，产生 “放
大”的作用。
第四章光学材料－§4.1 激光材料
长的激光，即实现将低能级上的粒子“抽运”到高能级上去。激活离子是激光晶体的发光中心，激光的波长即由激活离子的种类决定。
第四章光学材料－§4.1 激光材料
（2）激活离子的种类 ①过渡金属离子 Ti3+、V2+、Cr3+、Co2+、Ni2+和Cu+等，在不同晶体中，其光谱特性有很大差异。 ②三价稀土离子镧系稀土元素Nd3+(钕)、Pr3+(镨)、Sm3+(钐)、Eu3+(铕)、Dy3+(镝)、 Ho3+(钬)、Er3+(铒)、Tm3+(铥)和Yb3+(镱)等，以Nd3+最常见。对一般光泵的吸收效率较低，因此应采用敏化技术或提高掺杂浓度等措施来提高效率。 ③二价稀土离子 Sm2+、Tm2+、Er2+和Dy2+等。有利于泵浦光的吸收，但不稳定。 ④锕系离子主要是U3+。由于有放射性，不易制备，使用不方便，实用较困难。
第四章光学材料－§4.1 激光材料
红宝石激光晶体（Al2O3:Cr3+）
优点：晶体的物化性能好，硬度高，抗破坏能力强，同时对泵浦光的吸收特性好，可在室温条件下获得694.3nm的可见激光振荡。缺点：属三能级结构，产生激光的阈值较高。工作原理：
红宝石激光器的基本构造
能量
E3 E2
非辐射跃迁
缺点：
荧光寿命较短，荧光谱线较窄，工作粒子在激光跃迁到高能级上不易得到大量积累，激光储能较低，以脉冲方式运转时，输出激光脉冲的能量和峰值功率都受到限制。
能 E3 量
非辐射跃迁
E2 受激辐射跃迁
E1 E0
钕钇铝石榴石激光晶体中 Nd+3的四能级系统示意图
主要用途：
主要应用于军用激光测距仪和制导用激光照明器。这种激光器还是唯一能在常温下连续工作，且有较大功率的固体激光器。