稀土激光材料的詳述

　　稀土激光材料可分為：固體、液體和氣體三大類。但后兩大類由于其性能、種類和用途等遠(yuǎn)不如固體材料。所以一般說稀土激光材料通常是指固體激光材料。固體材料分為晶體、玻璃和光纖激光材料，而激光晶體又占主導(dǎo)地位。

　　一、稀土固態(tài)激光材料

　　1．稀土晶體激光材料

　　目前已知約有320種激光晶體，主要是含氧的化合物或含氟的化合物，其中約290種是摻入稀土作為激活離子的，即稀土激光晶體約占90.6%，稀土中已實(shí)現(xiàn)激光輸出的有Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb等，盡管激光晶體很多，但重要的只有數(shù)十種，而實(shí)用的更少。典型的、優(yōu)良的激光晶體有如下幾種：（1）稀土石榴石體系（YAG）

　　YAG是目前國內(nèi)外研究、開發(fā)和應(yīng)用最活躍的體系，其中摻釹釔鋁石榴石晶體（YAG∶Nd）性能最好，用途最廣，產(chǎn)量最大。它用作重復(fù)頻率高的脈沖激光器。近年來開發(fā)了效率更高的摻釹和鉻的釓鈧鎵石榴石。

　?。?）摻Nd的鋁酸釔體系YAlO3∶Nd（YAP∶Nd）

　　YAP屬正交晶系，具有各向異性，故可利用晶體的不同取向而得到不同的激光特性。另外YAP晶體的長生速度比YAG快。輸出功率不易飽和。其缺點(diǎn)是在高溫下存在相不穩(wěn)定性，熱膨脹系數(shù)各向異性，致使晶體在生長過程中易出現(xiàn)開裂、色心和散射顆粒等缺點(diǎn)。（3）氟化鋰釔（YLF）激光材料

　　YLF是一種優(yōu)良的激光基質(zhì)，其中很多稀土激光離子都實(shí)現(xiàn)了激光輸出。它的優(yōu)點(diǎn)是受光輻照后，不產(chǎn)生色心而變色，基質(zhì)吸收的截止波長移向短波。YLF：Nd晶體熒光壽命長，發(fā)射截面積大，適合二極管的泵浦的激光晶體。

　　2．稀土玻璃激光材料

　　在玻璃中可產(chǎn)生激光的稀土激活離子比在晶體中少，目前已知有Nd、Er、Ho、Tm等三價(jià)離子。稀土玻璃激光材料的優(yōu)點(diǎn)是：易于制備，利用熱成型和冷加工工藝可制得不同大小尺寸和形狀的玻璃，靈活性比晶體大，既可拉成直徑小至微米的纖維，又可制成幾厘米直徑和幾米長的棒或圓盤。稀土玻璃是目前輸出脈沖能量最大、輸出功率最高的固體激光材料，用這種激光材料制成的大型激光器用于熱核聚變的研究中。３．化學(xué)計(jì)量激光材料

　　在這類激光材料中，稀土激活離子不是以摻雜的形式加入的，而是作為晶體的組分之一。其潛在的應(yīng)用是用于集成光學(xué)、光通訊、測距，將來光計(jì)算機(jī)與半導(dǎo)體激光器將有一番競爭。

　　4．稀土上轉(zhuǎn)換激光材料

　　目前實(shí)現(xiàn)的激光波長主要是紅和紅外波段，極缺藍(lán)和綠激光波段，使激光的發(fā)展和應(yīng)用受到影響。除倍頻技術(shù)使長波長的激光轉(zhuǎn)變?yōu)槎滩ㄩL激光外，近年來，人們利用發(fā)光學(xué)中的反斯托克斯效應(yīng)，大力發(fā)展上轉(zhuǎn)換激光材料，并使之達(dá)到實(shí)用化、商品化。