[科普中國]-紅寶石激光晶體

紅寶石激光晶體是指以剛玉(又稱藍(lán)寶石)單晶為基質(zhì)，摻入Cr3?為激活劑所組成的激光晶體材料?；瘜W(xué)分子式Cr3? :Al?O?，屬六方晶系，熔點(diǎn)2050℃。

簡介紅寶石激光晶體是指以剛玉(又稱藍(lán)寶石)單晶為基質(zhì)，摻入Cr3?為激活劑所組成的激光晶體材料。化學(xué)分子式Cr3? :Al?O?，屬六方晶系，熔點(diǎn)2050℃1。

制造方法人造紅寶石激光晶體是首次實(shí)現(xiàn)激光輸出的材料。可用焰熔法、提拉法或助熔劑法生產(chǎn)單晶。用提拉法容易獲得大尺寸優(yōu)質(zhì)晶體。

紅寶石的激光波長隨溫度的改變有所不同。在-196℃為693。1nm，室溫是694。3nm。所以這種器件在工作期間，會(huì)因晶體本身發(fā)熱而發(fā)生少量頻率漂移。因紅寶石為三能級系統(tǒng)，故激光閾值較高，但貯能大，所以在激光領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用還很普遍。尤其適用于大能量高功率激光器件，作激光探針分析儀，激光對半導(dǎo)體的熱處理和長距離測距儀(如地-月測距)等。

紅寶石紅寶石是指顏色呈紅色的剛玉，它是剛玉的一種，主要成分是氧化鋁(Al2O3)，紅色來自鉻(Cr)，主要為Cr2O3，含量一般0.1~3%，最高者達(dá)4%。自然沒有鉻的寶石是藍(lán)寶石。天然紅寶石大多來自亞洲(緬甸、泰國、斯里蘭卡、中國云南、重慶江津石筍山等)，非洲，大洋洲(澳大利亞)，以及美洲(美國的蒙大拿州和南卡羅萊那州)。天然紅寶石非常稀少，因此很珍貴，但是合成紅寶石并非太難，所以工業(yè)用紅寶石都是合成的，1991年，中國山東省昌樂縣發(fā)現(xiàn)一顆紅、藍(lán)寶石連生體，重量67.5克拉，被稱為“鴛鴦寶石”，稱得上是世界罕見的奇跡。1983年在重慶江津的石筍山溪流中發(fā)現(xiàn)數(shù)枚紅寶石礦最大的有32.7克拉2。

紅寶石激光器紅寶石激光器是一種激光器，工作物質(zhì)是紅寶石棒。在激光器的設(shè)想提出不久，紅寶石就被首先用來制成了世界上第一臺激光器。激光用紅寶石晶體的基質(zhì)是Al?O?，晶體內(nèi)摻有約0.05%（重量比）的Gr?O?。其已經(jīng)成為在醫(yī)學(xué)、工業(yè)以及眾多科研領(lǐng)域不可或缺的基本儀器設(shè)備。

激光晶體激光晶體（laser crystal），可將外界提供的能量通過光學(xué)諧振腔轉(zhuǎn)化為在空間和時(shí)間上相干的具有高度平行性和單色性激光的晶體材料。是晶體激光器的工作物質(zhì)。

激光晶體所用的激活離子主要為過渡族金屬離子和三價(jià)稀土離子。過渡族金屬離子的光學(xué)電子是處于外層的3d電子，在晶體中這種光學(xué)電子易受到周圍晶場的直接作用，所以在不同結(jié)構(gòu)類型的晶體中，其光譜特性有很大差異。三價(jià)稀土離子的4f電子受到5s和5p外層電子的屏蔽作用，使晶場對其作用減弱，但晶場的微擾作用使本來禁戒的4f電子躍遷成為可能，產(chǎn)生窄帶的吸收和熒光譜線。所以三價(jià)稀土離子在不同晶體中的光譜不像過渡族金屬離子變化那么大。激光晶體所用的基質(zhì)晶體主要有氧化物和氟化物。作為基質(zhì)晶體除要求其物理化學(xué)性能穩(wěn)定，易生長出光學(xué)均勻性好的大尺寸晶體，且價(jià)格便宜，但要考慮它與激活離子間的適應(yīng)性，如基質(zhì)陽離子與激活離子的半徑、電負(fù)性和價(jià)態(tài)應(yīng)盡可能接近。此外，還要考慮基質(zhì)晶場對激活離子光譜的影響。對于某些具有特殊功能的基質(zhì)晶體，摻入激活離子后能直接產(chǎn)生具有某種特性的激光，如在某些非線性晶體中，激活離子產(chǎn)生激光后通過基質(zhì)晶體能直接轉(zhuǎn)換成諧波輸出。使用較多的是：Nd:YAG，Nd:YVO43。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

邱學(xué)農(nóng) - 副教授 - 濟(jì)南大學(xué)