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光学材料 英文名称： optical material 定义： 用来制作光学零件的材料。如玻璃、光学晶体、光学塑料等。 激光应用很广泛，主要有激光打标、光纤通信、及光光谱、测距、雷达、切割、激光武器、唱片、激光指示器、激光矫视、美容、激光扫描、等等。 能量发射可以有两个途径： 一是原子无规则地转变到低能态，称为自发发射； 二是一个具有能量等于两能级间能量差的光子与处于高能态的原子相互作用，使原子转变到的低能态同时产生第二个光子，这一过程称为受激发射，产生的光就是激光。 1917年爱因斯坦从理论上指出：除自发辐射外，处于高能级E2上的粒子还可以另一方式跃迁到较低能级。他指出当频率为 ν=（E2-E1）/h的光子入射时，也会引发粒子以一定的概率，迅速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都相同的光子，这个过程称为受激辐射。 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） 构成 激活离子 晶体激光工作物质要在基质晶体中掺入适量的激活离子。激活离子的作用在于在固体表面提供亚稳态能级，由光泵作用激发振荡出一定波长的激光。 基质晶体 基质晶体须有良好的机械强度、良好的导热性和较小的光弹性。为降低热损耗和输入，基质对产生的激光吸收应接近为零。用作基质的晶体应能制成较大尺寸，且光学性能均匀。 产生激光振荡的条件是： 1）利用的电流注入的少数载流子复合时放出的能量必须以高效率变换为光。 2）在引起反转分布时要注入足够浓度的载流子。 3）有谐振器。 要使p-n结产生激光，必须在结构内形成粒子反转分布状态，需使用重掺杂的半导体材料，要求注入p-n结的电流足够大（如30000A/cm2）。这样在p-n结的局部区域内，就能形成导带中的电子多于价带中空穴数的反转分布状态，从而产生受激复合辐射而发出激光。　　 2．半导体激光器结构。如上图所示，其外形及大小与小功率半导体三极管差不多，仅在外壳上多一个激光输出窗口。夹着结区的p区与n区做成层状，结区厚为几十微米，面积约小于1mm2。半导体激光器的光学谐振腔是利用与p-n结平面相垂直的自然解理面（110面）构成，它有35的反射率，已足以引起激光振荡。若需增加反射率可在晶面上镀一层二氧化硅，再镀一层金属银膜，可获得95％以上的反射率。　　一旦半导体激光器上加上正向偏压时，在结区就发生粒子数反转而进行复合。?  连续室温半导体激光器 　　现在已用双异质结制成在室温下能连续输出几十毫瓦的半导体激光器。其输出波长为900nm（近红外光）；器件工作寿命已达数万小时，甚至数十万小时；功率转换效率超过20％；成为目前激光光纤传输的重要光源。为了降低阈值电流和实现室温下连续运转，通常由异种材料来构成“结”，称为“异质结”的新结构。若在GaAs衬底的两侧各“生长”出P-GaAlAs层和n-GaAlAs层，则称为双异质结，其激活区厚度d≈0.5um。 然而，多组分玻璃光纤因其材料难以提纯，以及此类玻璃的均匀性差，使得此类光纤的最低损耗仍相当大，约为4dB/Km。 近30年来，各种各样的光纤层出不穷，除了通讯用多模、单模光纤外，近几年又出现了结构不同的高双折射偏振保持光纤、单偏振光纤，以及各种传感器用的功能光纤、塑料光纤等。光纤的最初应用是制作医用内窥镜，但其主要的应用领域仍是在通讯方面。 科学家将光导纤维的这一特性首先用于光通信。一根光导纤维只能传送一个很小的光点，如果把数以万计的光导纤维整齐地排成一束，并使每根光导纤维在两端的位置上一一对应，就可做成光缆。用光缆代替电缆通信具有无比的优越性。比如20根光纤组成的像铅笔精细的光缆，每天可通话7.6万人次，而1800根铜线组成的像碗口粗细的电缆，每天只能通话几千人次。 光导纤维不仅重量轻、成本低、敷设方便，而且容量大、抗干扰、稳定可靠、保密性强。因此光缆正在取代铜线电缆，广泛地应用于通信、电视、广播、交通、军事、医疗等许多领域，难怪人们称誉光导纤维为信息时代的神经。我国自行研制、生产、建设的世界最长的京汉广通信光缆，全长3047公里，已于1993年10月15日开通，标志我国已进入全面应用光通信的时代。  利用光导纤维制成的内窥镜，可以帮助医生检查胃、食道、十二指肠等的疾病。光导纤维胃镜是由上千根玻璃纤维组成的软管，它有输送光线、传导图像的本领，又有