稀土在激光晶体中的应用

1、稀土在激光晶体中的应用及发展前景类别：行业动态发布时间：2008-1-25阅读：945一、激光晶体的垂要性及其前景六十年代激光器的出现，开创了光学领域的崭新局面，促进了光电技术的进程和发展。激光技 术是光电了技术的核心组成部分，而激光晶体是激光器的工作物质。自1960年第一台红宝石激光器 问世以后，人们对激光工作物质进行了广泛深入的研究与探索。固体激光晶体经历了六十年代的起步, 七十年代的探索，八十年代的发展过程，固体激光晶体己从最初儿种基质晶体发展到常见的数十种。 作为固体激光器的主体，激光晶体发展成固体激光技术的重要支柱。正是由于激光晶体具有如此的重 要性，才使其成为具有广阔发展前景的固体

2、激光材料。根据国外有关资料,世界激光器具有持续稳定 増长的市场前景。多年來各国政府在拨款方而逐渐减少，迫使各金业努力开发民用产品，采用新技术 和降低成本的措施，并结合用户市场的需求开发新产品，尤其自1996丰以來，激光器市场，包括材 料加工、医疗、通讯等迅速扩大，销伟持续稳定的增长。据bcc公司的统计表明，按平均年增长12. 1 %计，仅美国激光材料和元部件市场从1996年的4.763亿美元将达到2000年的7.653亿美元。二十一世纪是信息化的世纪，光电子技术是信息社会发展的强大推动力，因此，光电子产业一 直被认为是下吐纪的垂要支柱产业。特别是许多传统产业在金融风尿的冲击下纷纷不支倒地，更使

3、微 电子和光电子等高科技产业支撑经济增长的角色日益突出。在近二十年内，光电子产业将以3060% 的年平均速度发展，而材料的研究和开发是光电子技术发展的先导和基础，因此具冇广阔的发展前景。 作为重要的光电子材料，激光品体从科学研究到工业生产，从军用到尺用，应用范围很广。目前90% 左右的激光晶体是掺入稀土作为激活离子的。因此，桥土在激光晶体中已经成为一族很重要的元素。 由此可见，激光晶体的巨大发展将推动稀土的广泛应用。二、稀土在激光晶体中的应用激光晶体是由晶体基质和激活离子组成。激光晶体的激光性能与晶体基质、激活离子的特性关 系极大。目前已知的激光晶体，大致可以分为氟化物晶体、含氧酸盐晶体和氧化

4、物晶体三大类。激活 离子可分为过渡金属离子、稀上离子及钢系离子。h前己知的约320种激光晶体屮,约290种是掺入 稀土作为激活离子的。可见稀土在发展激光晶体材料中的璽要作用。在稀土元素中已实现激光输出的有ce、pr、nd、sm、eu、tb、dy、ho、er、tm、yb共11 个三价离子和sm、dy、tin三个二价离子。稀土的激光性能是由于稀土离子的4f电子在不同能级z 间的跃迁而产生的。由于很多稀土离子具冇丰富的能级和他们的4f电子的跃迁，使稀土成为激光品体 不可缺少的激活离子，为高新科技提供了很多性能优越的高功率、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主要有掺蚀:锂

5、铝石榴石（nd： yag）、掺饮铝酸铠（nd： yap）、掺 铝札稼石榴石（nd： ggg）和掺钱:铝酸镁舗（nd： lma）等。其中，nd： yag最重要，应用最广，用量 最大。国外早已投入生产，在美国nd： yag晶体已经商品化，新产品质量稳定，占领国际大部分市 场。可调谐激光品体同样很引人注目。利用ce离子的宽带跃迁，从ce： ylf和ce： laf3等品体中 获得可调谐的紫外激光。目前授为有效的和可连续调谐的紫外激光晶体是ce： licaf、ce： lisaf。用于ld泵浦激光器的晶体主要有nd： yvo4、nd： yag、nd： ylf等，其它合适的泵浦的 晶体还有yb： yag等。

6、我国的yv04、nd： yv04晶体均已享誉国际市场，据彳占计其产品目前占国 际市场的1/3。在桥土激活离了中常用的是nd离了，它输出波长为1.06pm。多年來人们一直在进行新波长激 光品体的探索工作。其中比较成功并获得实际应用的冇掺er和ho的激光晶体。这些品体输出的波长 对人眼安全，大气传输特性好，对战场的烟雾穿透能力强，保密性好，适合军用。而且其波长容易被 水吸收，更适合于激光医疗，在表而脱水和牛物工程等方而，也将获得应用。忖前我国对iio： cr： t m： yag、er： yag和ho： er： tm： ylf已有小批量试制能力，但末形成批量产品。三、稀土的发展前景1. 稀土在晶体中

7、的应用前景nd： yag品体具冇光学均匀性好，机械强度高，物化性能稳定，导热系数高，激光性能良好及主长工艺成熟等优点。正是由t nd： yag晶体具有这些优良的性能，并可在室温下可实现脉冲和连 续等多种方式的运转，所以它在军事、工业和医疗等方面获得了广泛的应用，是目前固体激光材料中 用量故大的激光晶体。在军爭方面，nd： yag晶体是应用域广泛的固体激光器的工作物质，是军用 固体激光技术的支柱。日前90%以上的军用固体激光器是以nd： yag激光晶体为工作物质的。在工业领域，nd： yag晶体由于能获得高功率激光输出而广泛应用于材料加工。全世界用于材 料加工的激光器销售额持续増长，其中高功率激

8、光器的销售保持强劲势头，其主要原因是全世界汽车 制造商继续推出新型号，零部件更多采用激光加工，而且激光加工逐渐从使用c02激光器转向采用n d： yag激光器。根据laser focus world的统计，1997年全世界用于材料加工的nd： yag激光器, 销售额为1.17亿美元，1998年用于材料加工的nd： yag激光器，销售额2.89亿美元，1999年用于 材料加工的nd： yag激光器，销售额预计增长8%,达3.12亿美元。医学和医疗领域，也一直是nd： yag激光器的重要应用之一，在所有激光医疗设备中，nd：yag激光医疗设备都得到广泛的应用。这不仅因其重复频率和平均功率较高。更主

9、要是其1.06pm波 长可用石英光纤导光，因此能够被柔软的传输线传输功率。根据laserfocus world的统计，全世界固 体激光器在医疗方而的应用，1997年销售额为1.59亿美元，1998年销售额为2.7亿美元，1999年销 售额预计达3亿美元。2、稀土在泵浦激光晶体中的应用前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型泵浦源。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具有许多特点适合高功率ld泵浦，有 可能发展成为垂要的大功率ld泵

10、浦用激光材料。yb： s-fap晶体将來有可能用于激光核聚变的激 光材料，引起人们的关注。tm： yag、ho, tm： ylf、ho： ylf激光品体的发射波长适合在军事 上应用。3、稀土在可调谐激光品休中的发展前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, y b, ho： yagg激光晶体的波长在2.84-3.05mm之间连续可调。据统计世界上用的导弹红外寻弹头大 部分是采用35卩m的中波红外探测器，因此研制cr, yb, ho： ysgg激光晶体，可对于中红外制 导武器对抗提供冇效的干扰源，具冇深远的军事意义。另外，35pm的红外光

11、可以用來远距离探测 化学物质，因此可用于反化学战和环境保护。4、稀土在新波长激光品体中的应用前景巩固发展已有的产品，如ho： cr： tm： yag、ho： er： tm： ylf> er： yag等，进一步提 高晶体质量，实现大批量生产。同时要继续加强开拓应用价值大的激光新波段。卩4、体会和建议我国较早地开展了激光晶体的研究与生产，其中华北光电技术研究所是主要单位。华北光电技 术研究所长期承担军工研究任务，拥有雄厚的科研能力，具有很强的产品开发能力，不仅在科研上取 得很多成果，而且在科研成果的转化上也作出了很大的成绩。所获得的瑕重要的科研成果nd： yag 激光晶体己转化为产品，1985年通过jyn 1型nd： yag激光棒设计定型鉴定，生长的毛坯直径 为3035mm, 1991年通过jyn 3型nd： yag激光棒设计定型鉴定，生长的毛坯直径达到由40 45mm。而目前华北光电子技术研究所生长的nd： yag除毛坯直径达到55-60mm，长度为210mm, 并己初步形成规模化生产成为销售国内外的璽要产品。在如前所述的激光晶体良好发展前景下，进一步开拓稀土产晶的国内外市场，确立我国在国际 稀土方