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蓝宝石激光器及其应用

编辑:湖北英特利电气有限公司时间:2018-06-19

 掺钛蓝宝石激光器及其应用

      掺钛蓝宝石单晶(Ti3+:Al2O3)的激光应用最早于1982年被发现后,对其研究不断深入,以Ti:Al2O3作为工作物质的各类激光器也迅速发展。
 Ti3+:Al2O3激光器为科学研究提供了便利和灵活的研究工具。与其他具有竞争优势的激光材料相比,其主要特点是:

(1)光谱输出范围从超窄单一频率到宽的带宽,覆盖几百纳米,可提供超快脉冲(仅为电场的几个振荡);

(2)宽的可调谐范围,可达400nm;

(3)高功率。如对于全固态可调谐Ti3+:Al2O3激光器,天津大学和中国科学院物理研究所已分别实现6W(其转换率为22.2%)和6.44W(其转换率为40.25%)的激光输出。

目前,Ti:Al2O3激光器已实现脉冲、准连续、连续、锁模运转,已涉及激光器研究领域的各个方面,包括:提高输出功率、扩大调谐范围、压缩线宽、稳频以及提高光束质量等。

Ti:Al2O3激光器在基础学科(如物理学、生物学和化学)研究方面已取得广泛应用。因Ti:Al2O3激光器的使用,研究化学反应(如:化学键形成与断裂、分子间能量传递、分子重新构建等所需的时间范围)超快时间表(ultrafast timescales)的飞秒化学取得了巨大进展;用于超快脉冲放大及光谱相位控制的设备性能也得到了很大提高。
   
Ti:Al2O3激光器还应用于非线性物理、太赫兹产生、时间分辨光谱学、频标计量学、多光子显微镜及生物医学成像等基础研究方面。

Ti:Al2O3激光器在军事与工程方面也应用广泛。如激光测距、光电干扰、红外对抗、致盲武器等军事领域,以及激光通信、海洋探测、大气环境监测、激光手术及微加工等诸多领域。


掺杂蓝宝石单晶热(光)释光材料及其应用

α- Al2O3 :C晶体用于制造热释光探测器主要有以下特点:

(1)热释光灵敏度高,为常用热释光晶体LiF:(Mg,Ti)的40—60倍;187℃附近的发光峰型单一,有效原子序数相对较低(10.2);

(2)低本底剂量响应临界值(10-6Gy),辐射剂量响应为线性—亚线性,线性响应范围宽(10-6—10Gy);

(3)α- Al2O3 :C晶体420nm处的发射峰正好处于光电倍增管响应的最佳峰值,在低剂量条件下, α- Al2O3 :C晶体探测器可重复使用且无需退火处理。

蓝宝石单晶最早于20世纪50年代被美国Wisconsin大学的Daniels发现具有优良的热释光(thermoluminescence,TL)性能,但它对γ射线的热释光灵敏度很低。为改善蓝宝石单晶的热释光性能,相继研制了一系列掺杂的蓝宝石单晶热释光材料,如α- Al2O3 :(Mg,Ti,Y)、 α- Al2O3 :Cr和α- Al2O3 : (Si,Ti)。1990年,Akselrod等采用提拉法生长了一种优良的新型热释光材料α- Al2O3 :C晶体。1995年,Markey等首次研究了α- Al2O3 :C晶体的光释光(optical stimulated luminescence,OSL)性能。
 目前,美国Landauer公司研制生产的α- Al2O3 :C热释光剂量计已被欧美国家广泛使用。
 国内关于α- Al2O3 :C晶体生长以及α- Al2O3 :C剂量计的研制起步较晚。2008年,中国科学院上海硅酸盐研究所杨新波等采用导向温梯法和导模法分别生长了可用于制造高灵敏度热释光探测器、热释光和光释光探测器的α- Al2O3 :C晶体。


蓝宝石光纤传感器及其应用

蓝宝石单晶光纤传感器因其在可见至近红外波段具有良好的光学传输特性及蓝宝石单晶的耐高温特性,使得蓝宝石光纤可应用于高温传感和生物医学领域的近红外激光传输。

  蓝宝石单晶光纤温度传感器除了具有普通光纤温度传感器的动态范围大、灵敏度高、响应快、抗电磁干扰等优点外,还可以实现大范围(室温—2000℃)、高精度(0.2%,1000℃时)、高信噪比(1×106dB,1000℃时)、大带宽(10kHz)的温度测量,并广泛应用于等离子体沉积、高频电加热炉及高温热气流等领域。

  蓝宝石光纤传感器除了用于测量温度及近红外激光传输外,还可以连续监测高达1600℃高温环境中系统的运行情况,如:结构性能、材料劣化,以及测量诸如压强、应力、应变和化学物质浓度等物化参数。


蓝宝石基片和衬底

蓝宝石单晶因其优良的机械性能、介电性能(适中的介电常数和较低的介电损耗)、化学稳定性以及高表面平滑度而成为制备高温超导薄膜、红外光学材料、微电子器件等的最优质基片和衬底材料,具体包括:

(1)高温超导薄膜的衬底,如Tl系薄膜TlBa2Ca2Cu3Oy、Tl2Ba2CaCu2O8;

(2)红外光学材料的衬底,如近红外材料的碲镉汞晶体(HgCdTe),Ⅲ-Ⅴ族化合物的砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、氮化镓(GaN),Ⅱ-Ⅵ族化合物的硫化锌(ZnS)、硒化锌(ZnSe)、碲化镉(CdTe)、氧化锌(ZnO)、SiO2及金刚石等;

(3)大规模集成电路元件及微电子器件的基片,如高亮蓝光LED等。

LED因具有高效率、长寿命(连续工作时间达几万小时)、固体化、低工作电压(2—4V)、低功耗(10—100mW)、响应速率快(<1μs)、驱动电路简单等优点,使其应用涉及多个行业,如景观、装饰、照明光源及通讯光源等。随着LED的主要材料GaN外延生长技术,金属有机化合物气相淀积(metal organicchemical vapor deposition,MOCVD)技术的不断改进,以及器件制作工艺的日益成熟,目前已形成了从红外、可见光及少量紫外多个波段的固体光源。

     蓝宝石又叫三氧化铝,本公司专业生产蓝宝石电源,采用恒流恒压开关电源模式,水冷和风冷两种冷却方式可选,控制精度达到万分之二。

     蓝宝石电源由于其控制精度较高,便于实现晶体生长过程的精度控制,由于系统可靠性较高,完全适用7天24小时连续运行。

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