资料介绍
稀土激光材料可分为:固体、液体和气体三大类。但后两大类由于其性能、种类和用途等远不如固体材料。所以一般说稀土激光材料通常是指固体激光材料。固体材料分为晶体、玻璃和光纤激光材料,而激光晶体又占主导地位。
一、稀土固态激光材料
1.稀土晶体激光材料
目前已知约有320种激光晶体,主要是含氧的化合物或含氟的化合物,其中约290种是掺入稀土作为激活离子的,即稀土激光晶体约占90.6%,稀土中已实现激光输出的有Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb等,尽管激光晶体很多,但重要的只有数十种,而实用的更少。典型的、优良的激光晶体有如下几种:(1)稀土石榴石体系(YAG)
YAG是目前国内外研究、开发和应用最活跃的体系,其中掺钕钇铝石榴石晶体(YAG∶Nd)性能最好,用途最广,产量最大。它用作重复频率高的脉冲激光器。近年来开发了效率更高的掺钕和铬的钆钪镓石榴石。
(2)掺Nd的铝酸钇体系YAlO3∶Nd(YAP∶Nd)
YAP属正交晶系,具有各向异性,故可利用晶体的不同取向而得到不同的激光特性。另外YAP晶体的长生速度比YAG快。输出功率不易饱和。其缺点是在高温下存在相不稳定性,热膨胀系数各向异性,致使晶体在生长过程中易出现开裂、色心和散射颗粒等缺点。(3)氟化锂钇(YLF)激光材料
YLF是一种优良的激光基质,其中很多稀土激光离子都实现了激光输出。它的优点是受光辐照后,不产生色心而变色,基质吸收的截止波长移向短波。YLF:Nd晶体荧光寿命长,发射截面积大,适合二极管的泵浦的激光晶体。
2.稀土玻璃激光材料
在玻璃中可产生激光的稀土激活离子比在晶体中少,目前已知有Nd、Er、Ho、Tm等三价离子。稀土玻璃激光材料的优点是:易于制备,利用热成型和冷加工工艺可制得不同大小尺寸和形状的玻璃,灵活性比晶体大,既可拉成直径小至微米的纤维,又可制成几厘米直径和几米长的棒或圆盘。稀土玻璃是目前输出脉冲能量最大、输出功率最高的固体激光材料,用这种激光材料制成的大型激光器用于热核聚变的研究中。3.化学计量激光材料
在这类激光材料中,稀土激活离子不是以掺杂的形式加入的,而是作为晶体的组分之一。其潜在的应用是用于集成光学、光通讯、测距,将来光计算机与半导体激光器将有一番竞争。
4.稀土上转换激光材料
目前实现的激光波长主要是红和红外波段,极缺蓝和绿激光波段,使激光的发展和应用受到影响。除倍频技术使长波长的激光转变为短波长激光外,近年来,人们利用发光学中的反斯托克斯效应,大力发展上转换激光材料,并使之达到实用化、商品化。
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