磁致伸缩
磁性材料-第六章 磁致伸缩材料
6.5 磁致伸缩材料的应用 一、磁致伸缩材料的应用基础
（1）磁致伸缩效应(Joule效应) 制作磁致伸缩制动器 （2）磁致伸缩逆效应(Villari效应) 制作磁致伸缩传感器 （ 3 ） E 效应：磁致伸缩材料由于磁化状态的改变而引起 自身杨氏模量发生变化的现象，可用于声延迟线。 （ 4）魏德曼效应 (Viedemann效应 )：在磁性体上形成适当 的磁路，当有电流通过时，磁性体发生扭曲变形的现象， 可用于扭转马达。 （ 5 ）魏德曼逆效应 (Anti-Viedeman 效应 ) ：使圆管状磁致 伸缩材料沿管轴发生周向扭曲，同时沿轴向施加交变磁场， 则沿圆周出现交变磁化的现象，可用于扭转传感器。
将石英管插入熔2定向晶及单晶制备的主要方法1bridgman法将预先熔炼的母合金放于坩锅中用电阻丝或高频感应加热熔化合金然后以一定的速度使坩锅下降或使热源上移以形成定向温度梯度进行单向凝固以得到定向晶或单晶
第六章 磁致伸缩材料
6.1 磁致伸缩材料概述 *定义：磁性料由于磁化状态的改变，其长度和体积都要
二、Tb-Dy-Fe超磁致伸缩材料
1、Tb-Dy-Fe系合金的磁致伸缩特性 稀 土 - 过渡 金 属系是 最 具应用 前 景的化 合 物系 。 其 中 ， REFe2系立方Laves相化合物不仅磁致伸缩应变大，而且居 里温度也较高，是最主要的合金系。 缺点：磁晶各向异性能很高，使用时需要强磁场。 方案：利用各向异性常数符号相反的不同ReFe2合金相混合， 可获得较低磁晶各向异性能的磁致伸缩材料。
* 研究表明：有最佳磁致伸缩特性和实用价值的是被称为 Terfenol-D的Tb-Dy-Fe系合金。 2、磁致伸缩与合金组成的关系 对于 Tb0.27Dy0.73Fe2-y 合金，在 y=0.15 和 y=0.025 处各出现一 个磁致伸缩峰值，对于TbxDy1-xFe2合金，当x=0.7时，磁致 伸缩也出现一个峰值。对四元系合金，第四组元Mn对合金 磁致伸缩性能也有影响，在 Mn 含量约为 0.125 时出现峰值。
磁致伸缩调试说明(中文版)
20 16 12
8 4 0
0
U nco cte d S pa n a djuste d
20
40
60
80
100
M e a sure d va lue / m m
图 13.
6）调整传递函数 电流输出曲线是可调的。主变量 PV (x)范围和 4-20 mA 电流值(a)之间的转 换关系通过传递函数计算关联。通过数字式 HART 协议，可以经传递函数 设置成非线性的输出。 路径：Setup -> 4-20 mA -> Transfer function 可用设置如下：
·传感器导管完全密封； ·无磨损； ·依靠磁性来检测液位； ·振动和小的冲击影响不明显； ·接线盒防护等级高 （IP67）； ·高精度； ·高分辨率； ·液面变化响应快； ·电压下降后测量值也可快速读取； ·直接、线性的测量液位； ·可根据给定罐体的形状将液位高度转换成容积； ·内部传感器由金属外管保护，所以适合用于腐蚀和有毒的介质，也可用
注意！MAGNODUL® 变送器安装过程中， 必须确保没有大的电磁 场存在于安装面积内以及传感器本身的周边。 安装过程必须由具备专业资质的人员来完成，保证所涉及规则的实 施和有效。
3. 浮球安装 746.22HX 型变送器自带 G1/2″连接螺纹，根据订货详情，也可选择法兰或 者适配器等安装方式。如果浮球无法通过过程连接口放入罐体，应将浮球、 锁箍及减震环先拆除，然后将变送器导管插入罐体，安装完成后，再从罐体 内按正确的顺序装回以上零部件。
注意！因为回路电流迅速改变，在 4-20 mA 设定过程中应关闭该控制 回路所在系统的开关和控制功能。
7
对于带显示的设备，有以下菜单可用。 ① 和无 LCD 显示的设备一样，4-20 mA 的设定可以通过简单菜单来完成。 零位（(4 mA）和满位（20 mA）是可调的。
磁致伸缩与磁化强度的关系
磁致伸缩与磁化强度的关系引言磁致伸缩是一种磁性材料特有的现象，它指的是在外加磁场的作用下，磁性材料的尺寸会发生变化。
磁化强度是衡量磁场强度的物理量，它表示单位体积内的磁矩大小。
本文将介绍磁致伸缩现象的原理以及磁致伸缩与磁化强度之间的关系。
磁致伸缩的原理磁致伸缩现象是由于磁性材料中的磁畴结构发生变化而引起的。
磁畴是磁性材料中的微观磁化区域，每个磁畴内的磁矩方向是相同的，而不同磁畴之间的磁矩方向则可以不同。
当外加磁场作用于磁性材料时，磁畴会发生重新排列，从而导致磁性材料的尺寸发生变化。
磁致伸缩的原理可以通过磁弹性理论来解释。
磁弹性理论认为，磁性材料在外加磁场下会发生磁畴的旋转和磁畴壁的移动，从而引起磁性材料的形变。
磁性材料的形变可以分为磁致伸缩和磁致弯曲两种形式，本文将重点讨论磁致伸缩。
磁致伸缩的测量方法磁致伸缩的测量方法主要包括磁致伸缩应变计和磁致伸缩试验机。
磁致伸缩应变计是一种用于测量磁致伸缩应变的装置，它根据磁性材料在外加磁场下的尺寸变化来测量磁致伸缩应变。
磁致伸缩试验机是一种用于测量磁致伸缩力的装置，它通过施加力来测量磁性材料在外加磁场下的形变。
磁致伸缩与磁化强度的关系磁致伸缩与磁化强度之间存在一定的关系。
通常情况下，磁化强度越大，磁致伸缩效应也越明显。
这是因为磁化强度的增加会导致磁性材料中磁畴的旋转和磁畴壁的移动更加容易，从而增大了磁致伸缩效应。
磁化强度对磁致伸缩的影响可以通过以下几个方面进行解释：1. 磁畴的旋转磁化强度的增加会导致磁性材料中磁畴的旋转更加明显。
磁畴的旋转可以使磁性材料的尺寸发生变化，从而引起磁致伸缩效应。
磁化强度越大，磁畴的旋转角度越大，磁致伸缩效应也越明显。
2. 磁畴壁的移动磁化强度的增加还会导致磁性材料中磁畴壁的移动更加容易。
磁畴壁的移动可以使磁性材料的尺寸发生变化，从而引起磁致伸缩效应。
磁化强度越大，磁畴壁的移动速度越快，磁致伸缩效应也越明显。
3. 磁性材料的磁导率磁化强度的增加会导致磁性材料的磁导率增大。
磁致伸缩原理
F = 磁晶各向异性能+磁弹性能+应力能
稳定状态的条件əF/əeij=0求出应变张量eij中与应力有关的部分eij 。
eiicc 111 2 c1i2 2c c1 11 1 2 2c c1 12 2
,
eij
i j
c44
( i j )
代入到应力能公式，仅取与方向有关部分得到 应力能 F ijeij
w (r,)l(r) (112233)21 3
考虑一个形变的简单立方晶格，其应变张量的分量为exx,eyy,ezz,exy,eyz,e zx 。 当晶体有应变时，每一个自旋对同时改变键的方向和长度。为简化，首先考虑
键方向平行x-轴，即1=1, 2=3=0时
w x(r, )l(r0)(1 21 3)
H
∆( l/l )=3/2 。从0到/2 时，见右图，不同角
度,l/l –I/Is的变化曲线都不一样。
对于K1>0的立方晶体，在退磁状态下，每 个磁畴的磁化强度方向平行于‹100›方向中的一
个方向，因此平均伸长为( l /l )dem=/2,而与观 察方向无关。如果沿[100]方向磁化到饱和，则
( l/l )sat=3/2.因此
3
7 35
其中r 是原子间距。如果相互作用能为r的函数，则当自发磁化强度产生时，
晶格会发生形变，因为该相互作用将根据原子间结合键(二原子间的连线)方
向的不同，不同程度的改变键长。第一项，g( r )为交换作用项，对线性磁
致伸缩没有贡献。但是此项在体积磁致伸缩中，起着重要的作用。
S
S
r
( 键长r以及平行自旋与键的夹角 均可变的自旋对。 )
对镍：C11=2.50x1012尔格/厘米3 C12=1.60x1012尔格/厘米3 C44=1.185x1012尔格/厘米3
磁致伸缩与磁化强度的关系
磁致伸缩与磁化强度的关系磁致伸缩与磁化强度的关系1. 引言磁致伸缩是指材料在磁场中发生的长度变化现象，是一种磁效应。
磁化强度是衡量材料磁化能力的物理量。
本文将探讨磁致伸缩与磁化强度之间的关系及其解释。
2. 磁致伸缩磁致伸缩是指当材料受到磁场作用时，其长度会发生改变的现象。
磁致伸缩的原理是在磁场中，材料内部的磁畴会发生重新排列，导致材料的结构发生变化，从而使其长度发生改变。
3. 磁化强度磁化强度是衡量材料磁性强弱的物理量，通常用符号H表示。
磁化强度的大小与材料内部的磁畴数量和排列方式有关。
磁化强度越大，表示材料的磁性越强。
4. 关系解释磁致伸缩与磁化强度之间存在一定的关系，主要表现在以下几个方面：•当材料磁化强度增大时，磁致伸缩效应也会增强。
这是因为磁化强度增大意味着材料内部的磁畴数量和排列方式更加有序，使得磁致伸缩效应更加显著。
•磁致伸缩效应的大小也会影响材料的磁化强度。
当磁致伸缩效应发生时，材料的长度发生变化，磁化强度也会受到一定的影响。
这是因为磁致伸缩效应造成的长度变化会导致磁场分布发生改变，进而影响材料内部的磁畴排列。
•不同材料的磁致伸缩与磁化强度之间的关系也存在差异。
不同材料内部的磁畴结构和相互作用方式不同，因此其磁致伸缩效应和磁化强度的关系也会不同。
5. 结论磁致伸缩与磁化强度之间存在着一定的关系，磁化强度的增加会增强磁致伸缩效应，而磁致伸缩效应的发生也会对材料的磁化强度产生影响。
不同材料的磁致伸缩与磁化强度的关系也存在差异，需要进一步研究和实验来探索。
磁致伸缩原理
磁致伸缩原理
磁致伸缩原理是一种物理原理，它探讨物体在外界磁场作用下伸缩变形的原理。
它是由英国物理学家威廉希尔于1857年发明和研究的。
他认为，当物体处于磁场中时，它的形状会发生变化，这种变化物质的形状就是磁致伸缩。
磁致伸缩的基本原理就是磁场会引起物体一侧拉力，另一侧推力，这两个力量综合作用就会引起物体发生伸缩变形。
从物质性质上看，绝大多数物质都具有磁致伸缩性质，只是受到外界磁场强度的控制，伸缩率不同，比如软铁、铁和石墨等物质的伸缩率就很大，而金属的伸缩率很小。
磁致伸缩也可以用于物理实验和科学研究，比如用磁致伸缩原理来研究量子力学的量子特性，用于探究磁材料的特性，还有研究纳米材料表面上的磁场变化等。
在电子工程领域，也大量使用磁致伸缩原理，比如用于制作电子传感器、马达和磁致伸缩开关等产品，它们都可以感知到磁场变化，然后自动伸缩变形来产生动力，从而完成特定的动作。
磁致伸缩的原理和应用正在发展，它不仅可以用于科学研究，也可以用于工业生产，甚至可以作为新型能源的可能性。
未来，磁致伸缩原理能够发挥它更大的作用，改变人们的生活，也许会给我们带来更多惊喜。
综上所述，磁致伸缩原理具有很强的理论意义和实际意义，它不仅可以用于科学研究，也可以用于工业生产，甚至可以作为新型能源
的可能性。
当然，磁致伸缩原理的发展还有很长的路要走，我们期待它在未来的发展过程中能够发挥更大的作用，带给我们更多惊喜。
磁致伸缩材料及应用
磁致伸缩材料及应用磁致伸缩材料通常由多个金属和非金属材料组成，其内部结构中夹杂着磁性微粒或磁性颗粒，这些磁性物质能够改变材料的微观结构和磁性，从而实现形变效应。
磁致伸缩材料的磁致伸缩效应与其磁导率、饱和磁感应强度和晶格缺陷等有关。
首先是磁致伸缩材料在航空航天领域的应用。
磁致伸缩材料可以用作火箭推进器和导弹控制系统的执行器。
由于磁致伸缩材料具有快速响应、可控形变和高力输出等特点，可以用于改变火箭和导弹的姿态和运动轨迹。
此外，磁致伸缩材料还可以用于飞机和航天器的机翼和舵面的形变控制，提高飞行效率和操控性能。
其次是磁致伸缩材料在机械工程领域的应用。
磁致伸缩材料可以用于制造智能结构和精密仪器。
利用磁致伸缩材料的磁致伸缩效应，可以实现自适应和形变控制，提高机械系统的准确性和适应性。
此外，磁致伸缩材料还可以用于制造微纳机械器件和微电子机械系统，实现微小尺寸和高精度的运动控制。
再次是磁致伸缩材料在医学领域的应用。
磁致伸缩材料可以用于制造可植入和可内置的医疗器械和设备。
利用磁致伸缩材料的形变性能，可以制造可调控形状和大小的支架、导管和植入物，用于治疗血管疾病和心脏病。
此外，磁致伸缩材料还可以用于制造可控释放药物的载体和微泵，实现精确的药物输送和治疗。
最后是磁致伸缩材料在能源领域的应用。
磁致伸缩材料可以用于制造磁致发电器和磁致冷却器。
利用磁致伸缩材料的磁致发电效应，可以将磁场能转化为电能，实现能量的捕捉和转换。
同时，磁致伸缩材料还可以用于制造磁致冷却器，利用磁致伸缩材料的磁致热效应实现低温制冷和高效能源利用。
总之，磁致伸缩材料具有磁场响应性能，可以实现形变控制和能量转换。
其在航空航天、机械工程、医学和能源等领域具有重要应用价值，并且在材料科学和技术领域有着广阔的研究和发展前景。
磁致伸缩位移传感器的工作原理
磁致伸缩位移传感器的工作原理磁致伸缩（Magnetostrictive）位移传感器是一种常用于测量物体位移的传感器。
它利用了材料在磁场的作用下产生相应的形变，将这种形变转换为电信号，从而实现对物体位移的测量。
其工作原理可以分为磁致伸缩效应和差动变压原理两个方面。
首先，磁致伸缩效应是磁致伸缩位移传感器的关键原理之一、该效应是指磁性材料在磁场的作用下，在磁场方向上发生变化。
当磁场方向与其磁畴方向平行时，材料内部会出现磁畴的重排，磁畴的重排会导致材料的形变。
此时，磁致伸缩材料就会沿磁场方向发生形变，即产生磁致伸缩效应。
磁致伸缩位移传感器利用这种效应，通过测量材料形变的大小，来确定物体的位移。
其次，磁致伸缩位移传感器还利用差动变压原理实现物体位移的测量。
在磁致伸缩位移传感器中，通常会采用两个磁致伸缩材料，一个作为传感器材料，另一个作为参考材料。
这两个材料被固定在同一物体上，并且分别通过交流电源供电。
当加到这两个材料上的电流通过时，会在它们内部产生一个交变磁场。
这个交变磁场会使得这两个材料分别发生形变，形成两个相对移动的磁致伸缩杆。
其中一个磁致伸缩杆上带有一个用于产生磁场的磁极。
而这个磁极与另一个磁致伸缩杆相对静止，通过这个相对位移的变化，来测量物体的位移。
当物体的位移发生变化时，导致传感器材料和参考材料上的形变程度也会发生变化。
由于这两个磁致伸缩杆之间的瞬时相对位移的变化是线性的，所以传感器材料和参考材料上的形变差值也是相应线性变化的。
这种形变差值可以通过检测传感器电路中的电压信号来实现。
电路中通常会有一个电感元件，当通过交变电流时，会产生感应电势。
这个电势与传感器材料和参考材料之间的形变差值成正比，通过测量电压信号的大小，就能够确定物体的位移。
总结起来，磁致伸缩位移传感器利用磁致伸缩效应和差动变压原理实现对物体位移的测量。
它通过测量磁致伸缩材料的形变大小来确定位移，并将这种形变转换为电信号进行输出。
这种传感器可以应用于很多领域，例如工业自动化、机械设备等。
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常用形状记忆合金
形状记忆合金 镍-钛系 铜系
目前用量最大 优点：抗拉强度高、疲劳 强度高、耐蚀性好、密度 小、与人体有生物相容性 缺点：成本高、加工困难
缺点：功能不如镍-钛系 优点：成本低、加工容易
铁系
缺点：功能不如铜系 优点：具有价格竞争优势
（二）形状记忆聚合物
形状记忆聚合物不同于马氏体相变，而是基于高分子 材料中分子链的取向与分布的变化过程；
构成
成分：各种氧化物陶瓷。 典型的有：
SnO2、ZnO、 -Fe2O3、ZrO2、 α-Fe2O3、 TiO2等 几何形状：
薄膜型、厚膜型、多孔型
应用
SnO2气敏陶瓷： 用于氢、甲烷、丙烷、乙醇、丙酮、一氧化碳、
激光器
自1960年梅曼研制出第一台红宝石激光器以来，激光器的研制和应用有 了飞速发展，在工业、医疗、民用、国防等领域应用广泛。
激光器主要由三部分组成：激光工作物质、激励能源、光学共振腔。
1）工作物质是激光器的核心，只有能实现能级跃迁的物质才能作为激光 器的工作物质。
2）激励能源（光泵） 作用是给工作物质以能量，即将原子由低能级激 发到高能级的外界能量。
常用热电偶材料
热电偶材料 铜-康铜
镍铬-镍铝 铂铑-铂 钨-铼 金铁
低温热电偶
适合温度范围 -200-400℃
适合温度范围 <1300℃
适合温度范围 <1350℃
短期可达1600 ℃
适合温度范围 <2500℃
短期可达2800 ℃
适合温度范围 -270-0℃
适合温度范围 -269-0℃
常用热电偶材料
T>Tg ， 可 逆 相软化，固定 相在回复应力 的作用下使制 品恢复到初始 形状
冷却 加热
T<Tg( 玻 璃 态 ） 使制成品变形， 固定相分子链的 缠绕确定了制成 品的初次形状
T<Tg ， 制 成 品形状发生 改变，固定 相处于高应 力状态
加热
冷却
Tg<T<Tf (高 弹态），可 逆相软化， 施加应力
常用的膨胀材料包括低膨胀材料、定膨胀材料和热双金属材料
1、低膨胀材料
低膨胀材料是热膨胀系数较小的材料，也叫因瓦（Invar）合金。 主要应用于精密仪器、标准量具等以保证仪器精度的稳定及设备 的可靠性。
2、定膨胀材料
定膨胀材料是指在某一温度范围内具有一定膨胀系数的材料，也 称可伐（Kovar）合金； 主要用于与玻璃、陶瓷等材料相封接，要求与被封接材料的膨胀 系数相匹配。
分子激光器
分子气体激光器通过分子能级间的跃迁产生激发振荡 的一和种激光器，分子气体激光器中主要使用的为 CO2激光器；
CO2 激 光 器 效 率 高 ， 不 造 成 工 作 介 质 损 害 ， 发 射 出 10.6μm波长的不可见激光，是一种比较理想的激光器。
二、光导纤维
光纤是一种非常细的可弯曲的导光 材料。单根光纤的直径约为几到几 百微米，它由内层材料（芯料）和 包层材料（涂层）组成的复合结构。 为了保护其不受损坏、最外面再加 一层塑料套管。
3、热双金属材料
由膨胀系数不同的两种金属片沿层间焊合在一起的叠 层复合材料；
较高膨胀系数金属层为主动层，较低的为被动层。如 5J11热双金属是由 Mn75Ni15Cu10（主动层）与 Ni36 （被动层）组成。受热时，双金属片向被动层弯曲， 将热能转化成机械能。
可用作各种测量和控制仪表的传感元件。
光纤被大量地应用在光通讯方面，此外，光纤作为传 感器在军事、医学都有重要应用。
第六节 其它功能材料
敏感材料 储氢材料 隐形材料 声功能材料
一、敏感材料
敏感材料可以分为：声、光、 电压、磁、气、热、湿、力、电化 学、生物等敏感材料
（一）气敏感材料
随着环境气氛的变化，这类 材料的电阻会明显改变，俗称 “电鼻子” ， 用以检测环境中气 氛的变化。
产生激光的必要条件
只有让高能级的原子数大于低能 级的原子数；（也叫粒子数反转）
才可能使受激辐射的几率大于吸 收几率；
维持连续不断的受激辐射。
产生激光的充分条件
单色光 粒子数反转产生的激光寿命短、
微弱，没有实用价值； 必须经过光谐振器，使光子不
断增值，最后产生很强的位相相同的 单色光，就是实用的激光。
三、磁致伸缩材料
磁致伸缩效应： 磁性材料在外磁场作用下，产生伸长或缩短的现象－为磁致伸缩效 应。
Fe 随磁场强度 的增大而伸长
Ni 随磁场强度 的增大而缩短
λ 为磁致伸缩系数
λ l l
常用磁致伸缩材料室温下的饱和磁致伸缩系数为10-8~10-6
磁致收缩的各种变形模式
常用磁致伸缩材料
常用磁致伸缩材料
这种聚合物具有两相结构，即固定相和可逆相；
可逆相是能够随温度变化在结晶与熔融态间，或者在 玻璃态与高弹状态间可逆转变的相，随温度的升高或 降低，可逆相的结构发生变化，使之发生软化、硬化。
固定相则在工作温度范围内保持不变。
聚合物的形状记忆原理
两相结构： 固定相+可逆相
T>Tf(粘流态） 进行初次成型
随温度的变化纯ZrO2有三种晶型：单斜晶系、四方晶 系、立方晶系。单斜向四方转变有5％的体积变化，而 且应力也可诱发单斜向四方的转变
氧化锆陶瓷的形状记忆效应
第一步：在室温下施加压力，样 品首先发生弹性变形，接着在近 乎恒定的应力下发生流变；
第二步：卸载。卸载后弹性变形 消失而塑性变形则保留下来。
第三步：加热到Af以上，样品从 60oC开始逆转变，到200oC逆转变 结束，变形也随着消失。
气体激光器
工作物质主要以气体状态进行发射的激光器 在常温常压下是气体，但有的物质在通常条件下是液体（如非金 属粒子的有水、汞），及固体（如金属离子结构的铜，镉等粒 子），经过加热使其变为蒸气，利用这类蒸气作为工作物质的激 光器，统归气体激光器之中。
典型的气体激光器为氦－氖（He-Ne）激光器
气体激光器与固体激光器相比较，两者中以气体激光器的结构相 对简单得多，造价较低，操作简便，但是输出功率常较小。
膨胀材料
热膨胀是指材料的长度或体积在不加外力时随温度的升高而变大的现 象。
材料热膨胀的本质是原子间的平均距离随温度的升高而增大，即是由 原子的非简谐振动引起的。
材料热膨胀系数的大小与其原子间的接合键强弱有关，结合键越强， 则给定温度下的热膨胀系数越小，材料中陶瓷的结合键（离子键和共价键） 最强，金属的（金属键）次之，高聚物的（范德华力）最弱，因此热膨胀 系数依次增大。
凡是有固定相和可逆相结构的聚合物 都具有形状记忆效应。以固定相可分：
分类
热固性
热塑性
形状记忆聚合物的特点
密度小、强度较低、塑韧性较高 形状恢复可能允许的变形量大 形状恢复的温度范围窄 形状恢复应力及形状变化所需要的
外力小 成本低
（三）形状记忆陶瓷
20世纪60年底人们确认陶瓷材料也存在马氏体相变， 一个著名的例子就是ZrO2陶瓷中的马氏体相变，这一 相变现象可以使陶瓷材料具有形状记忆效应。
这种热弹性马氏体不像Fe-C合金中的马氏体那样，在 加热转变成它的母相（奥氏体）之前即发生分解，而 是加热时直接转成它的母体。
热弹性马氏体冷却时马氏体长大，加热时马氏体收缩， 热弹性马氏体的相变是可逆的，且相变的过冷度很小。
热弹性马氏体形状记忆效应
将一定形状的记忆合金试样冷却到Mf点以下，对之进行一定限度 的变形，卸去载荷后，变形被保留下来； 将变形了的试样加热到As以上，试样开始恢复，加热到Af点，试 样恢复到变形前的形状。
3）光学共振腔是激光器的重要部件，其作用一是使工作物质的受激辐射 连续进行；二是不断给光子加速；三是限制激光输出的方向。
根据激光工作物质，可把激光器分为气体激光器、固体激光器、分子激 光器、半导体激光器等。
固体激光器
固体激光器发展最早，其体积小，输出功率大，应用方便。但由 于工作物质很复杂，造价高。
标准热电偶材料对标准铂的热电动势
第五节 光功能材料
光功能材料按用途分为
光介质材料 固体激光材料 固体发光材料 非线性光学材料 金铁电光晶体材料
光导纤维 光学薄膜 弹光与声光材料等
一、固体激光材料 （一）激光的产生
A电子从E2返回E1， 并释放出一个光
子hv=E2-E1
E2
h
引发受激辐射
h h
用于固体激光器的物质主要有三种： 红宝石工作物质，它是在单晶体刚玉基质中掺入少量的三价铬离 子后形成的激活晶体。掺入的三价铬离子是激活剂，起发光中心 的作用。输出波长为694.3nm，为红色光；
掺钕铝石榴石（Nd：YAG）工作物质，输出的波长为1.06μm呈白 蓝色光；
钕玻璃工作物质，输出波长1.06μm呈紫蓝色光。
E1
A
E2
A
h
吸收
E1
入射光子引发受激辐射或被吸收
只有能量为hv=E2-E1的光子才能引起受激辐 射；
受激辐射后，就有两个能量都是hv的光子； 受激辐射光的位相、偏振都与入射光相同；
在外界光子引发受激辐射的同时，也发生吸 收的过程；
处于低能态的原子数总是很多，外界光子被 吸收的可能性更大，引发受激辐射的可能性 很小。
总外径 125~200μm
覆层 高强材 料
纤芯 高透明 固体材料
包层 折射率较纤芯 低 固体材料
全反射现象
一切光纤的工作基础都是光的 全反射现象。
如果一束光投射到折射率分别 为n1和n2的两种媒质的界面上 时（设n1>n2 ），入射光将分 为反射光和折射光。入射角φ1 与折射角 φ2之间服从n1/n2=sin φ1/sin φ2 的折射定律。
镍 铁镍 铁铝 铁钴钒 氧体
磁致伸缩材料的应用