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。

5．稀土光纤激光材料

　　随着集成光学和光纤维通迅的发展，需要有微型的激光器和放大器。90年代起，信息高速公路对信息的传输提出了更高的要求，多媒体技术要求能同时传送图、文、声、像，而且是高度清晰的声、像。信息高速公路要达到象样的高速，一般的光纤通信技术传送信息的速度差之甚远，希望能以超高速、超长距离方式传送信息需要跨越许多技术上的障碍，其中之一就是如何补充在长距离传送过程中光衰减的能量。所以光信号直接放大就成为尚待解决的课题。其中掺铒的光纤放大器能直接放大光信息，进行大容量、长距离通信，使光纤通信取得长足发展。 

　　近年来对掺铒的光纤放大器的研制取得了很大的进展。将铒掺入普通石英光纤，再配以980纳米、1480纳米的两种波长的半导体激光器，就基本构成了直接扩大1550纳米光信号的光放大器。铒从高能态跃迁至基态时发射的光补充了衰减的信号光，起到光放大的作用。为避免无用的吸收，光纤中铒的掺杂量为几十至几百ppm，而且，在光密度高的芯的中心部分掺杂可获得高增益。