[发明专利]簇体激光

摘要

本发明任务是创立物质结构新理论——《漂动学》；揭示漂(float)的物质形态和漂动(float)的物理意义；定义和阐明簇体激光(Cluster Laser)技术；揭示簇体激光本质，开发与应用簇体激光技术。簇体激光技术将在各行各业发挥重要作用。《漂动学》是一套完整描述物质客观规律的理论。簇体激光器一般由三部分组成：①能实现粒子数反转分布的激活簇体、②用光或其他激励能源对激活簇体的原子中电子输入能量的泵簇源、③能够造成单色光子连锁反应使其数量激烈增加的光学谐振腔。其中可以造成粒子数反转分布的激活簇体是它的核心。泵簇源主要是给激活簇体原子施加一定的能量。光学谐振腔具有使光子来回振荡和选频的作用。簇体激光能够使光子能量非常强烈地集中在特定的漂长上。

主权项

簇体激光器一般由三部分组成：①能实现粒子数反转分布的激活簇体、②用光或其他激励能源对激活簇体的原子中电子输入能量的泵簇源、③能够造成单色光子连锁反应使其数量激烈增加的光学谐振腔；簇体激光的光学谐振腔，就是在激活簇体的长轴两侧放置两块距离尺寸非常精确的反射镜；其中一块为全反射镜，另一块为有一定透射率的光束分裂器或者半反射镜；这两个反射镜面可以是平面，也可以是凹球面，或一平一凹；在激活簇体短轴的离泵簇源较远的一边放一个反射镜，它能够将透过激活簇体的光线返回激活簇体；这个反射镜一般与激活簇体平行，或者在激活簇体的该侧面涂上反射膜，作为反射镜；在氙灯或其他光源的离激活簇体较远的一边放一个反射镜，它可以将泵簇源不往激活簇体方向的光线，改变其方向，使泵簇源的光子能够大部分被激活簇体吸收；簇体激光器的结构：激活簇体(固体棒或者装有流体的透明管等)的直径从1厘米到几个厘米不等；长度由十几厘米到几十厘米不等；激活簇体的两端面很光滑，平行度很高；在两个端面镀上反射膜，或者采用另外的两个反射镜，就可以组成光学谐振腔；泵簇源使用普通强光源，如氙灯或高压水银灯等，可以是连续发光的或脉冲式发光的；泵簇源也可以采用发光二极管等其他光源；激励能源有：光激励、电激励、电子束激励或碰撞电离激励；激活簇体一般采用光泵抽运，泵簇源可以是连续发光的或脉冲发光的；光源可以是氙灯、高压水银灯、或者二极管泵浦等；制备簇体激光所需要的簇体(包括序体和非序体)，只有在生长速度缓慢，周围有自由空间，施加一定高压时，才能形成有规则的几何形状；由于纳粒不同，生成条件(熔液的温度、压力、稠度和冷凝的速度等)不同，可形成各种各样的簇体(序体和非序体)；这种技术应具备两个前提条件：一个是应满足簇体(序体和非序体)形成的生长机制；第二是应满足簇体(序体和非序体)形成的工艺参数；材料(包括有用的掺杂物质)经过长时间高温加热后，保持在非序凝点Tg(即非序体呈现完全固态的温度，它不是常数)以上直至熔点Tm，并对即将凝固材料进行振动或搅动；一方面依靠外部输入能量促使籽序或序核提前形成，另一方面促使籽序的数目增加；用机械方法使装有高温加热后的过冷液体的坩埚振动或变速转动；在施加压力(范围一般为102kPa～108kPa)条件下；熔液缓慢冷却时可形成优良序体；通常冷却条件下可形成非序体；在重力场中序体生长会产生局部区域的杂质不均匀；可采用附加的强磁场条件下生长序体；因为磁场会抑制熔液对流或避免杂质不均匀；另外在硅序体和砷化镓序体中采用中子嬗变技术也可得到均匀的序体；簇体激光材料基本生成技术：在熔炉中某种高纯度材料在含有拉序体设备的熔融坩埚融化；在该材料的温度保持为其熔点(或稍微低一点)的状态时，在施加压力下，由拉着该种序体的籽序(可为籽序条、籽序片或籽序块)的机械装置(例如夹持器)非常缓慢地顺着逆时针方向旋转，将浸入该种材料的熔融液中的籽序在周围空间温度保持在熔点至非序凝点之间并向上拉起；起先接触籽序上的熔融材料将按照该籽序的纳面和纳面角以及纳胞的纳格形状等首先形成有规则、长程有序排列的序体；然后随着向上拉起而逐渐缓慢地形成序体锭；在纯净的序体中适当地掺入微量杂质，可制造各种不同用途、精密度高的簇体激光器件；激光序体硅生长时，如果在熔融硅中掺入杂质硼(或磷)原子，就可以获得P型(或N型)序体；激光序体硅锭可用金刚石刀切成序体硅片，切割决定4个序体硅片参数：表面方向(如<100>或<110>)、厚度(如0.5‑0.7毫米)、倾斜度(从一端到另一端的序体硅片厚度的差异)和弯曲度(从序体硅片的中心到边缘的弯曲程度)；切割后的序体硅片经研磨、抛光等步骤，获得抛光序体硅片；以抛光序体硅片为衬底，在它的上面就可以制造簇体激光中的激活簇体；激光退火是将激光束聚焦到任何需要退火的簇体区域，甚至可以对任何纳米数量级的区域进行退火，能有效地去除纳粒的位错和簇体中的堆垛层错；它可在空气中进行；簇体激光器按照激活簇体不同，分为固态簇体激光器、液态簇体激光器、气态簇体激光器、半导簇体激光器、光纤簇体激光器等。