一、激光晶體(ti) 的重要性及其前景

六十年代激光器的出現，開創了光學領域的嶄新局麵，促進了光電技術的進程和發展。激光技術是光電子技術的核心組成部分，而激光晶體(ti) 是激光器的工作物質。自1960年第一台紅寶石激光器問世以後，人們(men) 對激光工作物質進行了廣泛深入的研究與(yu) 探索。固體(ti) 激光晶體(ti) 經曆了六十年代的起步，七十年代的探索，八十年代的發展過程，固體(ti) 激光晶體(ti) 己從(cong) 最初幾種基質晶體(ti) 發展到常見的數十種。作為(wei) 固體(ti) 激光器的主體(ti) ，激光晶體(ti) 發展成固體(ti) 激光技術的重要支柱。正是由於(yu) 激光晶體(ti) 具有如此的重要性，才使其成為(wei) 具有廣闊發展前景的固體(ti) 激光材料。根據國外有關(guan) 資料，世界激光器具有持續穩定增長的市場前景。多年來各國政府在撥款方麵逐漸減少，迫使各企業(ye) 努力開發民用產(chan) 品，采用新技術和降低成本的措施，並結合用戶市場的需求開發新產(chan) 品，尤其自1996豐(feng) 以來，激光器市場，包括材料加工、醫療、通訊等迅速擴大，銷售持續穩定的增長。據BCC公司的統計表明，按平均年增長12.1％計，僅(jin) 美國激光材料和元部件市場從(cong) 1996年的4.763億(yi) 美元將達到2000年的7.653億(yi) 美元。

二十一世紀是信息化的世紀，光電子技術是信息社會(hui) 發展的強大推動力，因此，光電子產(chan) 業(ye) 一直被認為(wei) 是下世紀的重要支柱產(chan) 業(ye) 。特別是許多傳(chuan) 統產(chan) 業(ye) 在金融風暴的衝(chong) 擊下紛紛不支倒地，更使微電子和光電子等高科技產(chan) 業(ye) 支撐經濟增長的角色日益突出。在近二十年內(nei) ，光電子產(chan) 業(ye) 將以30―60％的年平均速度發展，而材料的研究和開發是光電子技術發展的先導和基礎，因此具有廣闊的發展前景。作為(wei) 重要的光電子材料，激光晶體(ti) 從(cong) 科學研究到工業(ye) 生產(chan) ，從(cong) 軍(jun) 用到民用，應用範圍很廣。目前90％左右的激光晶體(ti) 是摻入稀土作為(wei) 激活離子的。因此，稀土在激光晶體(ti) 中已經成為(wei) 一族很重要的元素。由此可見，激光晶體(ti) 的巨大發展將推動稀土的廣泛應用。

二、稀土在激光晶體(ti) 中的應用

激光晶體(ti) 是由晶體(ti) 基質和激活離子組成。激光晶體(ti) 的激光性能與(yu) 晶體(ti) 基質、激活離子的特性關(guan) 係極大。目前已知的激光晶體(ti) ，大致可以分為(wei) 氟化物晶體(ti) 、含氧酸鹽晶體(ti) 和氧化物晶體(ti) 三大類。激活離子可分為(wei) 過渡金屬離子、稀土離子及錒係離子。目前已知的約320種激光晶體(ti) 中，約290種是摻入稀土作為(wei) 激活離子的。可見稀土在發展激光晶體(ti) 材料中的重要作用。

在稀土元素中已實現激光輸出的有Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb共11個(ge) 三價(jia) 離子和Sm、Dy、Tm三個(ge) 二價(jia) 離子。稀土的激光性能是由於(yu) 稀土離子的4f電子在不同能級之間的躍遷而產(chan) 生的。由於(yu) 很多稀土離子具有豐(feng) 富的能級和他們(men) 的4f電子的躍遷，使稀土成為(wei) 激光晶體(ti) 不可缺少的激活離子，為(wei) 高新科技提供了很多性能優(you) 越的高功率、LD泵浦、可調諧、新波長等摻稀土激光晶體(ti) 。高功率摻稀土激光晶體(ti) 主要有摻釹釔鋁石榴石(Nd：YAG)、摻釹鋁酸釔(Nd：YAP)、摻鋁釓稼石榴石(Nd：GGG)和摻釹鋁酸鎂鑭(Nd：LMA)等。其中，Nd：YAG最重要，應用最廣，用量最大。國外早已投入生產(chan) ，在美國Nd：YAG晶體(ti) 已經商品化，新產(chan) 品質量穩定，占領國際大部分市場。可調諧激光晶體(ti) 同樣很引人注目。利用Ce離子的寬帶躍遷，從(cong) Ce：YLF和Ce：LaF3等晶體(ti) 中獲得可調諧的紫外激光。目前最為(wei) 有效的和可連續調諧的紫外激光晶體(ti) 是Ce：LiCAF、Ce：LiSAF。

用於(yu) LD泵浦激光器的晶體(ti) 主要有Nd：YVO4、Nd：YAG、Nd：YLF等，其它合適的泵浦的晶體(ti) 還有Yb：YAG等。我國的YVO4、Nd：YVO4晶體(ti) 均已享譽國際市場，據估計其產(chan) 品目前占國際市場的l/3。

在稀土激活離子中常用的是Nd離子，它輸出波長為(wei) 1.06μm。多年來人們(men) 一直在進行新波長激光晶體(ti) 的探索工作。其中比較成功並獲得實際應用的有摻Er和Ho的激光晶體(ti) 。這些晶體(ti) 輸出的波長對人眼安全，大氣傳(chuan) 輸特性好，對戰場的煙霧穿透能力強，保密性好，適合軍(jun) 用。而且其波長容易被水吸收，更適合於(yu) 激光醫療，在表麵脫水和生物工程等方麵，也將獲得應用。目前我國對Ho：Cr：Tm：YAG、Er：YAG和Ho：Er：Tm：YLF已有小批量試製能力，但末形成批量產(chan) 品。