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可用于激光晶体:谁让稀土之痛忧伤“中国梦”?

2013-10-14 09:04
人在旅途20
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  一、激光晶体的重要性及其前景

  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。激光技术是光电子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几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激光材料。根据国外有关资料,世界激光器具有持续稳定增长的市场前景。多年来各国政府在拨款方面逐渐减少,迫使各企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丰以来,激光器市场,包括材料加工、医疗、通讯等迅速扩大,销售持续稳定的增长。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世纪的重要支柱产业。特别是许多传统产业在金融风暴的冲击下纷纷不支倒地,更使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30―60%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,因此具有广阔的发展前景。作为重要的光电子材料,激光晶体从科学研究到工业生产,从军用到民用,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,稀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物晶体三大类。激活离子可分为过渡金属离子、稀土离子及锕系离子。目前已知的约320种激光晶体中,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重要作用。

  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、Tm三个二价离子。稀土的激光性能是由于稀土离子的4f电子在不同能级之间的跃迁而产生的。由于很多稀土离子具有丰富的能级和他们的4f电子的跃迁,使稀土成为激光晶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钕钇铝石榴石(Nd:YAG)、掺钕铝酸钇(Nd:YAP)、掺铝钆稼石榴石(Nd:GGG)和掺钕铝酸镁镧(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。可调谐激光晶体同样很引人注目。利用Ce离子的宽带跃迁,从Ce:YLF和Ce:LaF3等晶体中获得可调谐的紫外激光。目前最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。我国的YVO4、Nd:YVO4晶体均已享誉国际市场,据估计其产品目前占国际市场的l/3。

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