Was ist Laserkristall?

2023-06-20

Aktie:

Laserkristalle können die von der Außenwelt bereitgestellte Energie mit hochparallelen und monochromatischen Lasern in Kristallmaterialien umwandeln, die räumlich und zeitlich kohärent sind. Es ist das Arbeitsmaterial des Kristalllasers. Der Laserkristall besteht aus zwei Teilen: dem Lumineszenzzentrum und dem Matrixkristall. Die Lumineszenzzentren der meisten Laserkristalle bestehen aus aktiven Ionen, die die Kationen im Wirtskristall teilweise ersetzen und dotierte Laserkristalle bilden. Wenn die aktiven Ionen Teil des Matrixkristalls werden, bilden sie einen selbstaktivierten Laserkristall.

Die im Laserkristall verwendeten aktiven Ionen sind hauptsächlich Übergangsmetallionen und dreiwertige Seltenerdionen. Die optischen Elektronen von Übergangsmetallionen sind 3D-Elektronen in der äußeren Schicht. Im Kristall werden die optischen Elektronen leicht durch das umgebende Kristallfeld beeinflusst, sodass die spektralen Eigenschaften bei verschiedenen Kristalltypen sehr unterschiedlich sind. Die 4f-Elektronen dreiwertiger Seltenerdionen werden durch die äußeren Elektronen von 5S und 5p abgeschirmt, was die Wirkung des Kristallfelds auf sie schwächt. Die Störung des Kristallfeldes ermöglicht jedoch den verbotenen 4f-Elektronenübergang und erzeugt schmalbandige Absorptions- und Fluoreszenzlinien. Daher ändert sich das Spektrum dreiwertiger Seltenerdionen in verschiedenen Kristallen nicht so stark wie das von Übergangsmetallionen.

Die in Laserkristallen verwendeten Hauptmatrixkristalle sind Oxid und Fluorid. Als Matrixkristall sollte er neben seinen stabilen physikalischen und chemischen Eigenschaften, leicht zu züchtenden großen Kristallen mit guter optischer Gleichmäßigkeit und niedrigem Preis auch seine Anpassungsfähigkeit an die aktivierten Ionen, wie Radius, Elektronegativität und Wertigkeit, berücksichtigen Matrixkationen und die aktivierten Ionen sollten möglichst nahe beieinander liegen. Darüber hinaus sollte der Einfluss des Kristallfeldes der Matrix auf das Spektrum der aktiven Ionen berücksichtigt werden. Bei einigen Matrixkristallen mit besonderen Funktionen kann der Laser mit bestimmten Eigenschaften direkt durch Dotierung der aktiven Ionen erzeugt werden. Beispielsweise kann in einigen nichtlinearen Kristallen der von den aktiven Ionen erzeugte Laser durch den Matrixkristall direkt in eine harmonische Ausgabe umgewandelt werden.

Die im Laserkristall verwendeten aktiven Ionen sind hauptsächlich Übergangsmetallionen und dreiwertige Seltenerdionen. Die optischen Elektronen von Übergangsmetallionen sind 3D-Elektronen in der äußeren Schicht. Im Kristall werden die optischen Elektronen leicht durch das umgebende Kristallfeld beeinflusst, sodass die spektralen Eigenschaften bei verschiedenen Kristalltypen sehr unterschiedlich sind. Die 4f-Elektronen dreiwertiger Seltenerdionen werden durch die äußeren Elektronen von 5S und 5p abgeschirmt, was die Wirkung des Kristallfelds auf sie schwächt. Die Störung des Kristallfeldes ermöglicht jedoch den verbotenen 4f-Elektronenübergang und erzeugt schmalbandige Absorptions- und Fluoreszenzlinien. Daher ändert sich das Spektrum dreiwertiger Seltenerdionen in verschiedenen Kristallen nicht so stark wie das von Übergangsmetallionen.