稀土在激光晶体中的应用及发展前景

一、激光晶体的重要性及其远景

六十年代激光器的呈现，创始了光学范畴的簇新局势，促进了光电技能的进程和展开。激光技能是光电子技能的中心组成部分，而激光晶体是激光器的作业物质。自1960年第一台红宝石激光器面世今后，人们对激光作业物质进行了广泛深化的研讨与探究。

固体激光晶体阅历了六十年代的起步，七十年代的探究，八十年代的展开过程，固体激光晶体己从开始几种基质晶体展开到常见的数十种。作为固体激光器的主体，激光晶体展开成固体激光技能的重要支柱。正是因为激光晶体具有如此的重要性，才使其成为具有宽广展开远景的固体激光材料。依据国外有关资料，世界激光器具有持续安稳增加的商场远景。多年来各国政府在拨款方面逐步削减，迫使各厂商尽力开发民用产品，选用新技能和降低成本的办法，并结合用户商场的需求开发新产品，特别自1996丰以来，激光器商场，包含材料加工、医疗、通讯等敏捷扩展，供应持续安稳的增加。据BCC公司的计算标明，按均匀年增加12.1%计，仅美国激光材料和元部件商场从1996年的4.763亿美元将到达2000年的7.653亿美元。

二十一世纪是信息化的世纪，光电子技能是信息社会展开的强壮推进力，因而，光电子工业一向被认为是下世纪的重要支柱工业。特别是许多传统工业在金融风暴的冲击下纷繁不支倒地，更使微电子和光电子等高科技工业支撑经济增加的人物日益突出。在近二十年内，光电子工业将以30-60%的年均匀速度展开，而材料的研讨和开发是光电子技能展开的先导和根底，因而具有宽广的展开远景。作为重要的光电子材料，激光晶体从科学研讨到工业出产，参军用到民用，运用规模很广。现在90%左右的激光晶体是掺入稀土作为激活离子的。因而，稀土在激光晶体中现已成为一族很重要的元素。由此可见，激光晶体的巨大展开将推进稀土的广泛运用。

二、稀土在激光晶体中的运用

激光晶体是由晶体基质和激活离子组成。激光晶体的激光功能与晶体基质、激活离子的特性联系极大。现在已知的激光晶体，大致能够分为氟化物晶体、含氧酸盐晶体和氧化物晶体三大类。激活离子可分为过渡金属离子、稀土离子及锕系离子。现在已知的约320种激光晶体中，约290种是掺入稀土作为激活离子的。可见稀土在展开激光晶体材料中的重要作用。

在稀土元素中已完成激光输出的有Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb共11个三价离子和Sm、Dy、Tm三个二价离子。稀土的激光功能是因为稀土离子的4f电子在不同能级之间的跃迁而发生的。因为许多稀土离子具有丰厚的能级和他们的4f电子的跃迁，使稀土成为激光晶体不行短少的激活离子，为高新科技供给了许多功能优越的高功率、LD泵浦、可调谐、新波长等掺稀土激光晶体。高功率掺稀土激光晶体首要有掺钕钇铝石榴石（Nd：YAG）、掺钕铝酸钇（Nd：YAP）、掺铝钆稼石榴石（Nd：GGG）和掺钕铝酸镁镧（Nd：LMA）等。其间，Nd：YAG最重要，运用最广，用量最大。国外早已投入出产，在美国Nd：YAG晶体现已商品化，新产品质量安稳，占据世界大部分市场。可调谐激光晶体相同很有目共睹。运用Ce离子的宽带跃迁，从Ce：YLF和Ce：LaF3等晶体中取得可调谐的紫外激光。现在最为有用的和可接连调谐的紫外激光晶体是Ce：LiCAF、Ce：LiSAF。 用于LD泵浦激光器的晶体首要有Nd：YVO4、Nd：YAG、Nd：YLF等，其它适宜的泵浦的晶体还有Yb：YAG等。我国的YVO4、Nd：YVO4晶体均已享誉世界商场，据估计其产品现在占世界商场的l/3。 在稀土激活离子中常用的是Nd离子，它输出波长为1.06μm。多年来人们一向在进行新波长激光晶体的探究作业。其间比较成功并取得实践运用的有掺Er和Ho的激光晶体。这些晶体输出的波长对人眼安全，大气传输特性好，对战场的烟雾穿透才干强，保密性好，合适军用。并且其波长简单被水吸收，更合适于激光医疗，在表面脱水和生物工程等方面，也将取得运用。现在我国对Ho：Cr：Tm：YAG、Er：YAG和Ho：Er：Tm：YLF已有小批量试制才干，但末构成批量产品。

三、稀土的展开远景

1、稀土在晶体中的运用远景

Nd：YAG晶体具有光学均匀性好，机械强度高，物化功能安稳，导热系数高，激光功能杰出及成长工艺老练等长处。正是因为Nd：YAG晶体具有这些优秀的功能，并可在室温下可完成脉冲和接连等多种方法的作业，所以它在军事、工业和医疗等方面取得了广泛的运用，是现在固体激光材料中用量最大的激光晶体。在军事方面，Nd：YAG晶体是运用最广泛的固体激光器的作业物质，是军用固体激光技能的支柱。现在90%以上的军用固体激光器是以Nd：YAG激光晶体为作业物质的。 在工业范畴，Nd：YAG晶体因为能取得高功率激光输出而广泛运用于材料加工。全世界用于材料加工的激光器供应额持续增加，其间高功率激光器的供应坚持微弱气势，其首要原因是全世界轿车制造商持续推出新类型，零部件更多选用激光加工，并且激光加工逐步从运用C02激光器转向选用Nd：YAG激光器。依据Laser Focus World的计算，1997年全世界用于材料加工的Nd：YAG激光器，供应额为1.17亿美元，1998年用于材料加工的Nd：YAG激光器，供应额2.89亿美元，1999年用于材料加工的Nd：YAG激光器，供应额估计增加8%，达3.12亿美元。 医学和医疗范畴，也一向是Nd：YAG激光器的重要运用之一，在所有激光医疗设备中，Nd：YAG激光医疗设备都得到广泛的运用。这不只因其重复频率和均匀功率较高。更首要是其1.06μm波长可用石英光纤导光，因而能够被柔软的传输线传输功率。依据Laser Focus World的计算，全世界固体激光器在医疗方面的运用，1997年供应额为1.59亿美元，1998年供应额为2.7亿美元，1999年供应额估计达3.1亿美元。

2、稀土在泵浦激光晶体中的运用远景

八十年代半导体激光器（LD）取得了重大进展，成为固体激光器的一种新式泵浦源。可用二极管泵浦的激光晶体多种多样，除了传统的激光基质YAG、YLF外，还有高增益YV04等，激活离子除传统Nd离于外，还有Yb、Ho、Tm、Er离子等。Yb：YAG具有许多特色合适高功率LD泵浦，有或许展开成为重要的大功率LD泵浦用激光材料。Yb：S-FAP晶体将来有或许用于激光核聚变的激光材料，引起人们的重视。Tm：YAG、Ho，Tm：YLF、Ho，：YLF激光晶体的发射波长合适在军事上运用。

3、稀土在可调谐激光晶体中的展开远景

掺稀土的可调谐激光晶体中除上述的晶体以外，还有Cr，Yb，Ho：YSGG激光晶体等。Cr，Yb，Ho：YAGG激光晶体的波长在2.84-3.05μm之间接连可调。据计算世界上用的红外寻弹头大部分是选用3-5μm的中波红外勘探器，因而研发Cr，Yb，Ho：YSGG激光晶体，可关于中红外制导武器对立供给有用的搅扰源，具有深远的军事含义。别的，3-5μm的红外光能够用来远距离勘探化学物质，因而可用于反化学战和环境保护。

4、稀土在新波长激光晶体中的运用远景

稳固展开已有的产品，如Ho：Cr：Tm：YAG、Ho：Er：Tm：YLF、Er：YAG等，进一步进步晶体质量，完成大批量出产。一起要持续加强开辟运用价值大的激光新波段。

四、领会和主张

我国较早地展开了激光晶体的研讨与出产，其间华北光电技能研讨所是首要单位。华北光电技能研讨所长时间承当军工研讨使命，具有雄厚的科研才干，具有很强的产品开发才干，不只在科研上取得许多效果，并且在科研效果的转化上也作出了很大的成果。所取得的最重要的科研效果Nd：YAG激光晶体己转化为产品，1985年经过JYN-1型Nd：YAG激光棒规划定型判定，成长的毛坯直径为30-35mm，1991年经过JYN-3型Nd：YAG激光棒规划定型判定，成长的毛坯直径到达由40-45mm。而现在华北光电子技能研讨所成长的Nd：YAG除毛坯直径到达55-60mm，长度为210mm，并己开始构成规模化出产成为供应国内外的重要产品。

在如前所述的激光晶体杰出展开远景下，进一步开辟稀土产品的国内外商场，建立我国在世界稀土方面的位置，显得尤为重要。

我国具有丰厚的稀土矿产资源，在世界上享有必定的位置，适当部分的稀土产品出口在世界上具有必定的竞争力。因而在这样较高的展开起点上，我国稀土供应商有必要争夺自动，大力开发稀土氧化物的出产，除了满意国内商场需求外，还应活跃开发国外商场，推进我国稀土工作的展开，只要这样才干稳固我国已具有的稀土重要出产基地的位置，才干展开成为重要的稀土产品出口商。

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