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。

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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%。

激光具有高相干性、方向性、高强度的特质，很容易获得很高的光通量密度，将强的激光束聚焦到介质上，利用激光束与物质相互作用的过程来改变物质的性质，这就是激光加工。

激光加工技术随着光、机电、材料、计算机、控制技术的发展已经逐步发展成为一项新的加工技术。激光加工具有加工对象广、变形小、精度高、节省能源、公害小、远距离加工、自动化加工等显著优点，对提高产品质量和劳动生产率、实现加工过程自动化、消除污染、减少材料消耗等的作用愈来愈重要。

激光加工主要应用在电子、汽车、机械制造、钢铁冶金、石油、轻工、医疗器械、包装、礼品工业、钟表、民爆、服装、化妆品、烟草、航空航天等行业，而且应用范围越来越扩大，在激光打孔、激光毛化、激光切割、激光焊接、激光热处理、激光打标、激光雕刻、激光测量测距、激光金属探伤等方面已得到广泛应用。

1999年世界激光产品销售约49亿美元, 约合人民币400亿元，并以每年11%以上的速率增长。

1996年至2000年，全球激光加工系统的销售额以年均13%的增长率增长，2001年以来，每年也有12%以上的增长率，而半导体激光器、全固化固体激光器、准分子激光器加工系统增长更快，达23％，这反映出微电子工业、通讯工业及微光机电一体化系统的发展需要非常崭新的加工手段来满足制造上的需求。

从激光加工系统应用来看，以1999年的应用为例：销售额的30％用于激光切割、29％用于激光标记、15％用于激光微加工，13％用于激光焊接、其它应用占9%。

目前，用于激光加工的工业激光器主要有两大类：固体激光器和气体激光器。其中，固体激光器以Nd:YAG 激光器为代表；而气体激光器则以 CO2 激光器为代表。随着激光技术的发展，目前人们也开始在某些加工应用场合使用大功率光纤激光器和大功率半导体激光器。

成都激光加工厂研发制造的 Nd:YAG 激光器的激光工作物质为固态的 Nd:YAG 棒，其激光波长为 1.06μm。由于该种激光器的激光转换效率较低，同时受到 YAG 棒体积和导热率的限制，其激光输出平均功率不高。

但由于 Nd:YAG 激光器可以通过 Q 开关压缩激光输出的脉冲宽度，在以脉冲方式工作时可获得很高的峰值功率（108W），适用于需要高峰值功率的激光加工应用；其另一大优点是可以通过光纤传输，避免了复杂传输光路的设计制作，在三维加工中非常有用。

此外，还可以通过三倍频技术将激光波长转换为 355nm（紫外），激光器和计算机连接，在激光立体扫描、造形技术中得到很好地应用。

CO2 激光器的激光工作物质为 CO2 混合气体，其主要应用的激光波长为 10.6μm。由于该种激光器的激光转换效率较高，同时激光器工作产生的热量可以通过对流或扩散迅速传递到激光增益区之外，其激光输出平均功率可以做到很高的水平（万瓦以上），满足大功率激光加工的要求。

激光加工是未来材料加工应用发展的趋势之一，而 CO2 激光加工一直占激光材料加工中最主要的地位，世界激光市场也以 CO2 激光机器为主力，约占全部的七成左右，每年以百分之十左右的速度增长。近几年来，随着国际和国内整体产业环境的改变，在产业水准提升、专业人员缺乏、自动化需求增加、产品附加价值和加工质量有待提高的压力下，激光加工应用已逐渐被国内产业界接受并采用。

由于我国激光器的研发和制造起步较晚，市场拥有量较低，应用领域越来越广，短期内可维持较高的激光市场增长率，加工应用的市场潜力也很大。

但产业界和工业 CO2 激光的使用者，仍然有许多问题需要去解决，尤其在相关技术人员的养成训练和新的加工应用领域开拓这两方面，更须下大力气。激光激光的前景是广阔的，激光加工手段的不断进步必将带来材料加工领域的一次革命。

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