什么是“激光晶体”

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定义：由基质晶体和激活离子构成的用于固体激光器产生激光的晶体。

【延伸阅读】

激光晶体是晶体激光器的工作物质，是能够将外界提供的能量通过光学谐振腔转化为在空间和时间上相干的、具有高度平行性和单色性激光的晶体材料。激光技术起源于20世纪60年代，激光器与原子能、半导体、计算机并称20世纪新四大发明，激光技术广泛应用于材料加工与光刻、通信与光存储、科研与军事、医疗与美容、仪器与传感器等领域。激光是一种纯色、准直、高亮、同向、能量密度高的光子队列，享有“最快的刀”“最准的尺”“最亮的光”等美誉。目前，激光器的波段已经能够从微波覆盖到X射线。1961年，由王大珩、王之江等领导的科研团队研制出我国第一台红宝石激光器，随后又研制出氦氖气体激光器、半导体激光器、脉冲氩激光器、二氧化碳激光器及钇铝石榴石激光器等，奠定了我国激光技术产业化的基础理论。为了适应固体激光多样化发展的需要，70年代以来，我国的一些科研单位，如华北光电技术研究所、福建物质结构研究所、上海光学精密机械研究所、安徽光学精密机械研究所、长春应用化学研究所等在激光晶体新材料领域进行了深入研究。

激光器行业属于高端技术制造业，一直受到国家产业政策的重点鼓励和大力支持。近年，我国光纤激光器（激光加工设备的核心部件）行业处于快速成长阶段，国产化程度逐年上升。在低功率光纤激光器方面，2018年国产激光器市场份额高达98.21%；在中功率光纤激光器方面，近年国产激光器市场渗透率维持在50%以上；高功率光纤激光器的国产化进程在逐步推进，2013年到2018年间实现了“从无到有”，并且市场渗透率达到了34.48%。

光电子材料按其功能，一般可分为以下7类：

(l)发光(包括激光)材料；

(2)光电显示材料；

(3)光存储材料；

(4)光电探测器材料；

(5)光学功能材料；

(6)光电转换材料；

(7)光电集成材料

1.激光晶体材料

1960年T.H.Maiman研制成功了世界上第一台红宝石(Cr3+:Al2O3)脉冲激光器。随后，人们对激光晶体材料进行了广泛的研究，研究的主要目的是收集有关激光晶体的光谱和受激发射特性，确定究竟哪些类型的激光晶体能提高激光效率。为此，大量合成了一些有科学和应用价值的有序化合物和无序化合物晶体以作为激光基质，然后再掺入激活离子。

当前激光晶体材料向着大尺寸、高功率、LD泵浦、宽带可调谐以及新波长、多功能应用方向发展。激光晶体中以Nd:YAG最成熟，应用最广，产量最大。

2.Nd:YAG及Yb:YAG晶体材料

得到广泛应用的钇铝石榴石（YAG）是一种综合性能(包括：光学、力学和热学)优良的激光基质。Nd:YAG称为掺钕钇铝石榴石(Nd3+:Y3Al5O12，Nd:YAG)，是于1965年前后从数百种激光新晶体中优选出来的。20世纪70年代在国际上完成了Nd:YAG晶体生长条件的研究，80年代研制成功的较大尺寸的Nd:YAG晶体走向工业生产，90年代采用自动化晶体生长设备，批量生产出Ф70mm~Ф100mm大尺寸Nd:YAG晶体，使得采用单棒和多棒串联组合体系的千瓦级Nd:YAG激光器得到了发展。

目前已获得千瓦级连续激光输出的是Yb:YAG晶体，其YAG基质具有优良的光学、热力学、机械加工性能和化学稳定性，特别适合于作为激光二极管泵浦条件下的高功率激光输出，在激光切割、钻孔以及军用领域具有重要应用价值。

3.金绿宝石激光材料

4.祖母绿晶体材料

最近几年，随着高功率LD的迅速发展，探索适合LD泵浦的新型激光晶体和重新评价原有激光晶体成为目前激光领域的重点研究内容之一。祖母绿(Cr3+:Be3Al2Si6O18)晶体是继金绿宝石(Cr3+:BeA12O4)晶体之后发现的又一种具有宽带辐射的优秀可调谐激光材料，其良好的理化性能、较高的光转换效率与量子产率以及其近红外激光经过倍频可获得目前较实用的紫外激光输出等优点，使其在众多含Cr3+激光晶体中具有较大的吸引力。目前，随着祖母绿晶体新的生长技术研究成功，获得光学级的祖母绿晶体已经成为可能，而高功率LD阵列技术的发展、也必将进一步推动祖母绿晶体激光器的发展。

5.其他

近些年来，可调谐激光晶体是探索新型激光晶体的一个热点，1982年发现了钛宝石(Ti3+:Al2O3)宽带可调谐激光晶体，此种晶体调谐波长范围宽，导热性能好，室温下可实现大能量、高功率脉冲和连续宽带可调谐激光输出，在军工、工业和科技等领域有广泛的应用，从而将可调谐激光晶体的研究推向高潮，随后发现了一系列新的可调谐激光晶体，诸如：Cr3+:BeAl2O4、Cr3+:Mg2SiO4、LiCaAlF6等晶体。20世纪80年代后期，作为泵浦源的激光二级管(LD)晶体，诸如：GaAlAs、InGaAs、AlGalnP等半导体激光晶体的飞速发展，LD泵浦晶体激光器具有高功率、高质量、长寿命、小型化以及导致激光器实现全固化等优越性，掀起了对探索新型LD泵浦的高效率小型化激光晶体的热潮，在此研究领域中，掺Nd3+激光晶体的研究，仍然是最活跃和最重要的一项研究课题，当前性能较好的LD泵浦的掺Nd3+的激光晶体。

另外，为了适应激光器多种应用，近年来还开展了多波长激光晶体，如Nd:KGa(WO4)2等晶体；新波段激光晶体，如Er:YAP、Ho:YAG等晶体；自激活激光晶体，如NAB与NdP5O14等晶体，以及自倍频激光晶体(NYAB)，Cr: Nd:GdCaO(BO3)3和上转换激光晶体(Ba2ErCl7)等等的研究，均取得了一些成果。

半导体激光器和固体激光器的区别在于工作物质、价格、激励源不同。

1、工作物质

半导体激光器常用工作物质有砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。

固体激光器常用的工作物质，由光学透明的晶体或玻璃作为基质材料，掺以激活离子或其他激活物质构成。

2、价格

半导体激光器价格低。

固体激光器由于工作介质的制备较复杂，所以价格较贵。

3、激励源

半导体激光器的激励方式主要有三种，即电注入式，光泵式和高能电子束激励式。电注入式半导体激光器，一般是由砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等材料制成的半导体面结型二极管，沿正向偏压注入电流进行激励，在结平面区域产生受激发射。

光泵式半导体激光器，一般用N型或P型半导体单晶（如GaAS,InAs,InSb等）做工作物质，以其他激光器发出的激光作光泵激励。高能电子束激励式半导体激光器，一般也是用N型或者P型半导体单晶(如PbS,CdS,ZhO等)做工作物质，通过由外部注入高能电子束进行激励。

固体激光器以光为激励源。常用的脉冲激励源有充氙闪光灯；连续激励源有氪弧灯、碘钨灯、钾铷灯等。在小型长寿命激光器中，可用半导体发光二极管或太阳光作激励源。一些新的固体激光器也有采用激光激励的。

参考资料来源：百度百科-半导体激光器

参考资料来源：百度百科-固体激光器

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