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wzq020704新蟲 (小有名氣)
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[求助]
陶瓷相關(guān)的研究方向 已有1人參與
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想請教一下蟲友們有沒有什么比較好的大挑課題，想汲取一下大家的建議 導(dǎo)師專業(yè)與主要研究方向： 1.光功能透明陶瓷設(shè)計、制備、應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化 2.激光照明用關(guān)鍵材料與系統(tǒng)研制 3.太陽能激光器增益介質(zhì)極端環(huán)境服役行為 4.大尺寸復(fù)合結(jié)構(gòu)透明陶瓷成型技術(shù) 5.透明陶瓷缺陷行為與演變機(jī)制 發(fā)自小木蟲Android客戶端 |
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2樓2021-06-08 11:31:42
wangyikeco
木蟲 (正式寫手)
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【答案】應(yīng)助回帖
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3.太陽能激光器增益介質(zhì)極端環(huán)境服役行為 是個很好的方向，當(dāng)然要和你自身的興趣結(jié)合才好！ 在激光物理中，激光增益介質(zhì)就是能放大光功率的介質(zhì)（一般以光束的形式）。在激光中介質(zhì)需要補(bǔ)償?shù)糁C振腔的損耗，也通常被稱為激光活性介質(zhì)。它也可以被應(yīng)用到光纖放大器中。增益是指被放大的程度。 由于增益介質(zhì)使被放大的光束的能量增加，介質(zhì)本身也需要接收能量，也就是通過泵浦過程，一般是設(shè)計到電流（電泵浦）或者輸入光波（光泵浦），并且泵浦的波長要小于信號光的波長。 激光增益介質(zhì)的種類 有許多種的增益介質(zhì)，常見的有以下幾種： 一些直接帶隙半導(dǎo)體，例如GaAs, AlGaAs, InGaAs，它們通常是由電流泵浦，以量子阱的形式（參閱半導(dǎo)體激光器） 激光晶體或者玻璃，例如Nd:YAG(摻釹釔鋁石榴石，參閱釔鋁石榴石激光器)，Yb:YAG(摻鐿YAG)，Yb:玻璃，Er:YAG（摻鉺YAG），或者鈦藍(lán)寶石，以固體片狀形式（參閱體激光器）或者光學(xué)玻璃光纖（光纖激光器，光纖放大器）。這些晶體或者玻璃摻雜了一些激光活性離子（大多數(shù)情況下為三價稀土元素離子，有時為過渡金屬離子），并且用光波泵浦。采用這些介質(zhì)的激光器通常被稱為摻雜絕緣體激光器。 陶瓷增益介質(zhì)，通常也摻雜稀土元素離子。 在染料激光器中采用激光染料，通常是液體溶液。 氣體激光器是采用一些氣體或者氣體混合物，通常采用放電器泵浦（如CO2激光器和受激準(zhǔn)分子激光器）。 一些特殊的增益介質(zhì)，如化學(xué)增益介質(zhì)（將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成光能），核能泵浦介質(zhì)，還有自由電子激光器中的波蕩器（將快電子束中的能量轉(zhuǎn)移到光束中）。 相比于大多數(shù)的晶體材料，離子摻雜的玻璃具有更大的放大帶寬，允許大的波長調(diào)諧以及產(chǎn)生超短脈沖。缺點則是稍差的溫度特性（限制得到的輸出功率）和小的激光截面，導(dǎo)致大的泵浦功率閾值（對于無源鎖模激光器）以及調(diào)Q不穩(wěn)定性�？梢詤㈤喸~條激光晶體與玻璃的對比來獲得更多的信息。 晶體、陶瓷和玻璃的摻雜濃度通常需要小心的進(jìn)行優(yōu)化。在短波長處存在強(qiáng)泵浦吸收的情況下需要摻雜濃度比較高，但是這也會引起與淬滅過程相關(guān)的能量損耗，例如由于激光活性離子團(tuán)簇引起的上轉(zhuǎn)換過程和能量轉(zhuǎn)移到缺陷。 重要的物理效應(yīng) 大多數(shù)情況下，放大過程的物理基礎(chǔ)為受激輻射，也就是入射的光子引發(fā)更多的光子輻射，這是激發(fā)的激光活性離子先躍遷一個稍低能量的激發(fā)態(tài)。四能級增益介質(zhì)和三能級增益介質(zhì)的過程是有差別的。 不經(jīng)常發(fā)生的放大過程是受激拉曼散射，涉及到將一些高能量的泵浦光子變?yōu)榈湍芗壍墓庾雍吐曌樱ㄅc晶格振動相關(guān)）。 如果入射光功率很高，增益介質(zhì)達(dá)到增益飽和后，增益會降低。也就是說，在有限的泵浦功率時，放大器不能將任意多的功率加到入射光束中。在激光放大器中，飽和情況下上能級離子數(shù)降低，由于受激輻射的原因。 增益介質(zhì)中存在熱效應(yīng)，由于一部分泵浦光功率被轉(zhuǎn)化成熱量。產(chǎn)生的溫度梯度和隨之而來的機(jī)械應(yīng)力會引起棱鏡效應(yīng)，使放大的光束發(fā)生畸變。這些效應(yīng)會毀掉激光器的光束質(zhì)量，降低效率，優(yōu)勢甚至摧毀增益介質(zhì)（熱破裂）。 激光增益介質(zhì)的相關(guān)物理性質(zhì) 在激光應(yīng)用中，許多增益介質(zhì)的物理性質(zhì)都很重要。主要包括： 在需要波長區(qū)域的激光躍遷過程，最好峰值增益發(fā)生在此區(qū)域 在工作波長區(qū)域基底介質(zhì)具有高度的透明度 好的泵浦光源，高效的泵浦吸收 合適的上能級壽命：在調(diào)Q開關(guān)應(yīng)用時要足夠長，需要對功率進(jìn)行很快調(diào)制時需要足夠短 高的量子效率，由低淬滅效應(yīng)，激發(fā)態(tài)吸收和類似過程得到，或者從有利效應(yīng)，如多光子躍遷或能量轉(zhuǎn)移得到 理想的四能級行為，因為準(zhǔn)三能級行為引入一些其它額外的限制 高強(qiáng)度和長壽命，化學(xué)穩(wěn)定性 對于固態(tài)增益介質(zhì)：基地介質(zhì)需要具有好的光學(xué)質(zhì)量，可以切割或者拋光的很高質(zhì)量（合適的硬度），允許摻雜高濃度的激光活性離子而不會形成團(tuán)簇，化學(xué)穩(wěn)定性好，好的熱傳導(dǎo)性和低熱光系數(shù)（高功率工作時弱的熱棱鏡效應(yīng)），抗機(jī)械應(yīng)力，光學(xué)各向同性通常需要，但有時雙折射（減小熱去極化效應(yīng)）和與偏振相關(guān)的增益也會需要（參閱激光輻射的偏振） 高增益時的低泵浦功率閾值：輻射截面與上能級壽命的乘積比較大 對泵浦光源的光束質(zhì)量要求低：高的泵浦吸收是需要的 波長調(diào)諧：需要大的增益帶寬 超短脈沖產(chǎn)生：增益譜寬并且平坦；合適的色散和非線性 無需調(diào)Q穩(wěn)定性的無源鎖模激光器：足夠大的激光截面 高能脈沖放大（正反饋放大器）：高的光學(xué)損傷閾值和不太高的飽和對增益的影響 注意在有些情況下需要一些相互沖突的要求。例如，非常低的量子缺陷是與四能級系統(tǒng)不符合的。大的增益帶寬對應(yīng)的激光截面與理想狀況下相比較小，并且這樣量子缺陷不會很小。固態(tài)增益介質(zhì)中的無序性提高了增益帶寬，但是同時也降低了熱傳導(dǎo)性。短的泵浦吸收長度是有利的，但是這會加劇熱效應(yīng)。 不同的情況下對增益介質(zhì)的要求不同。因此，很多增益介質(zhì)對于應(yīng)用還是非常重要，在優(yōu)化激光器的設(shè)計時選擇合適的增益介質(zhì)是非常必要的。 |
3樓2021-06-09 00:46:14
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