浅谈YAG激光晶体的发展毕业论.doc

毕业论文材料汇编浅谈YAG激光晶体的发展 所 在 学 院 化学化工学院 专 业 名 称 化学工程与工艺 申请学士学位所属学科 工 学 年 级 二一级 材料汇编目录一、开题报告二、任务书三、论文1. 封面2. 中文摘要（含关键词）3. 英文摘要（含关键词）4. 目录5. 正文6. 参考文献7. 致谢 四、成绩评定书泰山学院本科毕业论文开题报告 题 目浅谈YAG激光晶体的发展 学 院 化学化工学院 年 级 2010级 专 业 化学工程与工艺 姓 名周广令学 号 2010100104 指导教师签字 学生签字 2014 年 3 月 15 日题目来源指导教师推荐 自选 其它题目类别基础研究 应用研究 其它一、调研资料的准备在论文前期准备阶段，要收集大量的资料进行分析和整理工作，初步决定通过以下四方面完成调研资料的准备：1. 研读图书馆内馆藏的相关YAG晶体研究进展情况的书籍与资料。2. 搜集国内有关YAG晶体的文章、科研资料等。3. 查阅与论文内容相关的各种出版物。4. 通过互联网搜集补充拟写论文所需要的其它材料。二、选题依据及目的激光晶体中掺钕的钇铝石榴石晶体（Nd:AYG）是应用最普遍的，它具有极其优秀的光学，导热，机械和化学性能，被用于近红外固态激光及其倍频，三倍频应用中。该晶体是典型的的立方晶体，其物理化学性质稳定，是目前研究输出最高的激光材料。Nd:YAG的优势：高效率、热稳定性、高增益、激光阈值低、功率高 1064nm光波吸收少、热传导性和热冲击特性好、光学性质好。用Nd:YAG制成的激光器被广泛应用于工业，医疗，军事，科研等领域。在实验中了解其结构和功能，锻炼自己的多方面的能力，让大学四年的实验经验得到很好地应用。三、研究内容 该论文主要研究的是YAG晶体的生长方法、过程和热学性能。激光晶体是指可吸收外界提供的能量产生受激辐射并通过光学谐振腔转化为相干的单色性激光的晶体材料，这类激光在空间和时间上具有高度的相干性。激光晶体是晶体激光器的主要工作物质。激光晶体材料是用于制作固体激光器的工作介质，是固体激光技术及产业的基础支撑材料。在激光产品中，激光晶体所占比例虽小，但对推动激光技术的发展作用却不容小觑。四、毕业论文(设计)工作计划安排:1、2014年3月22日-3月26日，搜集有关YAG晶体资料，阅读、分析资料，制定论文内容。 2、2014年3月10日-3月16日，在导师指导下分析资料，最终确定论文题目，撰写开题报告。 3、2014年3月24日-4月03日，进行开题报告陈述并提交导师评阅，开始填写任务书，做好论文写作准备。 4、2014年4月5日-4月15日，导师进行中期检查，在前面准备的基础上，开始撰写初稿。 5、2014年4月21日-5月04日，提交导师审批，根据导师提出的意见修改论文，评阅人评阅，以上通过后，进行论文答辩。 6、2014年6月02日-6月15日，根据答辩情况，进一步修改论文。评定成绩，填写有关表格以及论文打印装订。五、主要参考文献：1G. J.Quarles, et a,lSolid State Lasers, SPIE,1990, 1223:2212K.H.Kim, et a,lAppliedOptics,32 (1993) 20663 W.W.Ge,H.J.zhang,J.Y.Wang,J.H.Liu,X.G.Xu,X.B.Hu,J.Li,M.H.Jiang,J.Cryst.Growth 270,582-588,(2004)4黄莉蕾等,光电子#激光, 1998, 9 (3): 214216.5Hu Xiao, Hong Fangyu, Wu Liangneng. Optimal concentration ofactive particles in four-level and quasi-four-level laser systemsJ.Acta Physica Sinica, 2002, 51(9): 2002-2010. (in Chinese)6 耿桂宏，材料物理与性能学，北京大学出版社，20107Hongjun Li, Jun Xu, Crystal Growth of Laser Host Fluorides and Oxides, Chapter 15, Editedby G Dhanaraj,et al.,Springer Publishers (2009).8徐军主编，激光材料科学与技术前沿，上海交通大学出版社，上海，2007。9 Degnan J J. Theory of the optimally coupled Q-switched laserJ. IEEE J Q E, 1989, 25(2): 214-220.10Kaebernick H, et a,lCIRP Annals-Manufacturing Tech-nology,1998, 47(1): 13711T.Rothacher, et a,lAppl. Phys. B,1998, 66: 54312J.M. Sousa, et a,lAppl. Phys. B,64 (1997) 253613B. S.W inings, et a,lQuantum Electronics,27(1991), 214214陆学善.激光基质忆铝石榴石的发展!M.北京:科学出版社,1972.15杨培志,邓佩珍,黄国松等.Yb:YAG晶体的光谱性能Jl.光谱学与光谱分 析,2000,20(6):286、28916Zhou Yonghui, Lin Jun, Yu Min, et al. Synthesis-dependent luminescenceproperties of Y3Al5O12: Re3+(Re=Ce, Sm, Tb) phosphorsJ.Mater Lett,2002,56(5): 628-636.评委评语及其建议： 评委签字：学院盖章： 2014年3月16日泰 山 学 院本科毕业论文任务书 题 目浅谈YAG激光晶体的发展 学 院 化学化工学院 年 级 2010级_专 业 化学工程与工艺 姓 名周广令学 号 2010100104 指导教师签字 学生签字 2014 年 4月 5 日你的毕业论文开题报告已通过，现将毕业论文工作任务下达给你,请按照要求认真完成。主要内容如下：题 目YAG激光晶体综述基本要求1、 培养必要的理论修养、研究兴趣、文字能力，学会对有一定价值的理论问题进行探讨、质疑、释疑、论证等，初步掌握学术研究类型的论文。2、 严格有关论文的规格设置，掌握其格式、要求等。3、 锻炼态度严肃、思维严谨、语言平实的良好文风。应收集的资料及主要参考文献1G. J.Quarles, et a,lSolid State Lasers, SPIE,1990, 1223:2212K.H.Kim, et a,lAppliedOptics,32 (1993) 20663叶洪波等,激光技术, 1996, 12: 352355.4黄莉蕾等,光电子#激光, 1998, 9 (3): 214216.5Hu Xiao, Hong Fangyu, Wu Liangneng. Optimal concentration ofactive particles in four-level and quasi-four-level laser systemsJ.Acta Physica Sinica, 2002, 51(9): 2002-2010. (in Chinese)6李建人、金智华，暖通空调设计中应注意的问题J.才智，2009，12.7Hongjun Li, Jun Xu, Crystal Growth of Laser Host Fluorides and Oxides, Chapter 15, Editedby G Dhanaraj,et al.,Springer Publishers (2009).8徐军主编，激光材料科学与技术前沿，上海交通大学出版社，上海，2007。9 Degnan J J. Theory of the optimally coupled Q-switched laserJ. IEEE J Q E, 1989, 25(2): 214-220.10Kaebernick H, et a,lCIRP Annals-Manufacturing Tech-nology,1998, 47(1): 137进度安排1. 调研、收集资料务必于2014年3月26日前完成。2. 写作初稿务必于2014年4月20日前完成。3. 修改、定稿、打印务必于2014年6月10日前完成。本科毕业论文完成期限任务书下达于2014年4月05日。任务完成后，2014年6月15日前按照规定格式打印交至学院里，由指导老师评阅后提交毕业论文答辩委员会。（说明：毕业论文任务书一式三份，一份给学生，一份留学院存档，一份装订到毕业论文中）泰山学院化学化工学院2010届本科毕业论文中期检查及指导记录表学生姓名周广令学号2010100104专业化学工程与工艺班 级10级题 目浅谈YAG激光晶体的发展指导教师姓名杨永娟职 称讲师学 位博士是否按计划完成工作任务是 否是否有能力独立按期完成毕业论文是 否目前进展情况（资料搜集和利用情况、教师指导情况、写作进展等） 周广令同学目前已完成论文书写前的资料搜集工作，所搜集资料大部分与所写论文方向及内容相关。但文章结构的安排尚需改动，望在后续的写作过程中更好的把握，同时对文章格式作进一步修改。对此后毕业论文(设计)工作的建议，包括应注意的问题及采取的措施 在此后的写作过程中，要进一步加强对所写论文整体性的把握，在建好整体框架的同时梳理文章结构，使论文结构更合理，内容更丰富。当然，这需要该同学更努力更耐心地投入到论文的写作中。指导教师签名： 2014年 4 月15日学院意见院长签章： 2014年 4 月 15 日泰山学院 本科毕业论文 浅谈YAG激光晶体的发展所 在 学 院 化学化工学院 专 业 名 称 化学工程与工艺 申请学士学位所属学科 工 学 年 级 二一级 学生姓名、学号 周广令 2010100104 指导教师姓名、职称 杨 永 娟 讲师 完 成 日 期 二一四年六月 摘要 摘要 激光晶体是可吸收外界提供的能量产生受激辐射的晶体材料，伴随着激光晶体的快速发展和在军事和民用方面的广泛推广，激光晶体技术越来越来受到人们的普遍关注，对于激光晶体的研究也越来越多越来越深入广泛，也是晶体激光器的工作物质。晶体是一种很奇妙的东西，在电、光的激发下而产生，而且在阳离子被取代的时候还能产生掺杂晶体。激光晶体的分类方法有很多种，按激光输出功率的大小分成高、中、小三种功率的激光晶体；还有按输出的波长、晶体的结构和激活的特点等多种分类方法，有固定波长、石榴石型和半导体激光晶体等众多品种。基质晶体种类很多，到目前为止已发现的激光晶体基质晶体上百种。氧化物中有Al2O3、MgO、Y2O3等:复合氧化物中有Y3Al5O12、Gd3SC2Ga3O12、YAlO3等。 YAG作为一种优越的激光基质，在掺杂不同稀土元素时候表现出不同的性能，同时不同的掺杂浓度对激光晶体也会有很大的影响。基于次方面的科学家做了很多的努力，在对Nd、Yb、Ho、Tm等稀土元素作为掺杂杂质的研究中硕果累累。虽然这种性能优异的晶体在军事、民用方面有突出的应用，但是仍有不完美或发展认识欠缺的方面。本文就是在总结前辈研究的成果的基础上来更好的认识激光晶体发展的不足与未来研究方向的前景。 关键词：激光晶体，可调谐激光，稀土元素，稀土离子激活型。 I Abstract AbstractLaser crystal is provided to absorb external energy generating stimulated radiation into the optical resonator by the coherent monochromatic laser crystal materials, such lasers in space and time with a high degree of coherence. With the rapid development of the laser crystal and can be widely applied in military and civilian laser crystal technology is more and more attention by the people, for the laser crystal research also more and more more and more extensive. In numerous laser crystal by YAG laser crystal research is the most mature, and various aspects most superior performance, are widely used. Laser crystal is under light or electricity excitation can produce the laser crystal, composed of luminescence centers and host crystal, it has a variety of classification method. According to the size of the output laser power can be divided into the high power laser crystal, medium power laser crystal and the low power laser crystal; According to the output of the laser wavelength characteristics can be divided into fixed wavelength laser crystal and tunable laser crystal; According to the structure type can be divided into garnet, corundum, fluorapatite, perovskite, etc; According to activate characteristics can be divided into the rare earth ions activation, paramagnetic ions activation, the color heart and semiconductor laser crystal. Laser crystal is widely used as solid laser material work, has now been found that the crystal hundreds of laser. Oxide of AL2O3 and MgO style and Y2O3: such as Y3Al5O12、Gd3SC2Ga3O12、and YAlO3 in composite oxides. YAG laser matrix as a superior, when doped with different rare earth elements show different performance, different doping concentration of laser crystal at the same time also has a great influence. Based on the scientist made a lot of effort, the Nd, Yb, Ho, Tm of rare earth elements, such as doped impurity in the study of the fruits. Although the performance of the crystals has outstanding in military and civil applications, but there is still not perfect or lack of understanding. This article is on the basis of summarizing the predecessor research results come up a better understanding of the development of the laser crystal is insufficient and the outlook for the future research directionKeyword: Laser crystal substrate, rare earth elements, activation type of paramagnetic ions, rare earth ions activation type.III目录 目录1引言11.2YAG激光晶体的结构及结构关联性能11.3掺杂YAG晶体生长及其性能31.4Nd：YAG激光器的多方用途6 1.4.1生物医学方面6 1.4.2 激光雷达方面61.5 Nd掺杂浓度对晶体性能的影响72 多掺杂的激光晶体72.1 Cr，Tm，Ho：YAG激光器72.2 CTH：YAG总结和优化83总结及发展动态83.1 总结83.2 YAG晶体的发展方向与动态9参考文献10致谢11 1引言 激光是原本不存在的，是光受到激发而产生的具有一些个特殊性质的物质。对于人类对激光的一大发现成就了20世纪以来众多行业的较大的发展和突破，当年物理学家爱因斯坦在对光的研究中发现，光的理论深且涉及广泛，其中富含奥妙深不可喻，基本过程可分为受激吸收过程、受激辐射过程和自发辐射过程。在受激光吸收和自发辐射跃迁过程外，还存在受激辐射跃迁过程。电磁波的放大也是美国马里兰大学的韦伯利用以上的理论于1952年放大的。 梅曼(TMaiman) 于1960年发明了第一台红宝石激光器，标志着量子光学由理论发展到技术工程，我国也于1961年研制成功国产首台红宝石激光器以来，激光技术被认为是20世纪继量子物理学、无线电技术、原子能技术、半导体技术、电子计算机技术之后的又一重大科学技术新成就。第一个YAG激光器于20世纪中叶诞生于贝尔实验室，三年后CO2激光器发展起来，以后应用于不用领域不同行业的YAG激光器相继出现。发展到现在掺杂型的众多激光晶体，但是最受人们欢迎使用的是红宝石、Nd：YAG和钕玻璃，它们服务于不同行业，受到了人们的一致好评。这其中Nd：YAG的应用最为广泛。以YAG为基质的激光晶体在未来的激光发展中具有非常广阔的前景。我调研了多种掺杂YAG晶体的发展历程，并对此进行了初步的汇总。1.1 YAG激光晶体结构及关联性能激光晶体的结构和性能多种多样，在多样而复杂的情况下，研究起来非常艰难，但是科学的脚步依然没有停息而且不断前行，在研究YAG激光晶体是发现钇铝石榴石中有Y3+离子，其键为YO键而键长为0.245nm，与稀土离子的半径相差无几，使得三价稀土离子在其十二面体格拉中有加入作为激活离子，也有过度金属离子加入八面体格拉。目前以掺杂Nd3+：YAG、(Nd3+，Ce3+）：YAG、Nd3+、Ce3+、）：Tb3+:YAG和（Nd3+、Ce3+）：Cr3+:YAG最为常见，作为激光工作物质必须具备良好的力学性能、热学性能和光学性能。因为其有光弹性、机械硬度和热学参数等较完美的性质性能，以至于Nd:YAG晶体在27时其输出功率达到相当的高度。就现在而言，应用与的闪光灯泵浦，就它的输出功率在四棒共同运行的情况下已超过3000W。激光泵浦的Nd：YAG激光器发展有了突破，这几年Nd：YAG激光器发展朝向了二极管激光泵浦。高功率二极管阵列泵浦的板条状Nd:YAG激光器输出功率已达1.05kW,光转换效率28%，光束质量高达2倍衍射极限。Nd：YAG晶体的主要缺点是掺质浓度低，吸收谱线也不宽阔，以至于阻碍了激光效率发展，使二级管泵浦的研究和发展更加困难。因为在808nm处Nd:YAG的吸收峰线宽只有1nm，而典型激光二级管的输出线宽达3nm，要实现二级管泵浦Nd:YAG激光的稳定输出，必须对二极管激光器的工作温度进行严格控制，这就势必影响到它的制作成本及其商品化程度。在室温下可实现连续和脉冲等多种方式运转，其中连续运转是Nd;YAG激光器最好的工作方式，其连续激光输出已达到千瓦级。而脉冲输出也已经达到了千兆瓦级的高级水平其中重复频率达到了30次/s的超水平，在波长方面是多波长输出，其中波长属1.06m最为厉害，利用倍频，还可能获得绿光。其中奥秘很多有待于科学的进一步探索与发现。 发明第一台YAG激光器的前一年，其诞生之地第一次报道出了掺钕钇铝柘榴石激光晶体。第二年厘米量级的单晶腾空问世，宣告了晶体时代的开始。以后几年国内提拉法的出现解决了Nd：YAG单晶生长方面的技术问题，奠定了晶体在我国众多领域发展的基础。1997年，中国计量学院光电子研究所的黄莉蕾等工作人员，使用国产激光晶体，在水温为18-22，单脉冲能量为0.81.4J。1.3掺杂YAG晶体生长及其性能 激光晶体的生长可采用助熔剂法，实际是从高温熔体中结晶的方法。利用熔剂在不同温度对溶质有不同的溶解度，经过一定程序的降温冷却，使熔体逐渐地有不饱和状态，在过度到饱和状态，此时溶液处于热力学亚稳态，向新相过渡，达到熔制结晶的目的。这种晶体生长方法由于溶液中存在某些不均匀性，如杂质、坩埚表面的不光滑，表面熔剂蒸发等都是使实际所需的过饱和度大大减少。目前的所用到的晶体生长方法有三种提拉法、布里奇曼法、导向温度梯度法。1、 提拉法 又称切克劳斯法，是1917年由切克劳斯建立的一种晶体生长方法。基本原理是在合理的温场下，将籽晶装在晶体杆的靠下的部分，放到熔体中，而籽晶杆在特定给出效果中，使其旋转着缓慢的向上提拉，让其先经过缩颈过程然后扩肩过程转肩过程再经过等经过程最后收尾过程和拉脱过程等众多的精细过程，而后得到一种形状和品质性能都符合要求的单晶。提拉法的优点：（a） 易观察晶体的生长状况。（b） 独特的生长方式减小了应力。（c） 易得到我们想要的晶体和完整的籽晶。（d） 在生长过程中，生长时间短而且生长效率高。缺点: (a)晶体可能被污染。 (b)熔体、装置和温度的浮动对其品质造成影响。 提拉法示意图： 晶体生长分为两种类型：晶体生长多晶料合成和单晶生长。1 晶体生长多晶料合成晶体生长的多晶料的合成是用Nd2O3、 Al2O3和Y2O3通过了固相反应,这些物质的称重根据的是化学计量比，为了在合成多晶和晶体生长中Nd2O3不因挥发和烧结过程中损失，为了确保Nd的含量不会缺少太多，在配料中要多配Nd2O31%-1.5%（Y0.97Nd0.3）3Al5O12形成的化学方程式如下： Nd2O3+ Al2O3+Y2O3 （Y0.97Nd0.3）3Al5O12 为了充分的反应，将物料放入混料机中混合均匀，放入坩埚中，以一定的速度升温加热到600保温10个小时，为了使反应进行的跟充分，取出后冷却，经过细心研磨再次放入到混料机中进行混合，取出后再放入电阻炉中升温至900恒温10小时，在烧结得到 （Y0.97Nd0.3）3Al5O12晶体生长的多晶料。2 单晶生长在晶体生长中为了防止污染，坩埚在放入多晶料前要用浓硝酸沸洗，再多次用去离子水清洗，然后再2000赫兹的中频炉中加入合成好的多晶料进行加热，在坩埚中使原料熔融【1，2】。为了尽量减少产生的多晶和维持熔体众多物理性质稳定，在熔融之后，将温度控制在高于熔点20-60范围内并且要保持这个温度至少两小时。然后降温到熔点，到籽晶收细到一定程度后恒定温度，设置一定的提拉速度和旋转速度，然后按放肩、等径、收尾、降温的顺序使晶体生长。为了得到高质量缺陷少的晶体，以下是对Nd:YAG生长中影响晶体生长的各种因素进行分析和讨论。1 制备多晶料多晶料是晶体生长的主要前提条件，晶体中的各种缺陷主要因多晶料组分有所偏离或是纯度不够等因素影响的。所以在制备多晶料必须要按精确的组分正确的步骤进行，制备出精确地多晶料，为晶体的生长打好基础2 籽晶的影响在晶体生长中，籽晶的选择很重要。籽晶的质量会影响到晶体质量，会把自身所带有的缺陷随着晶体的生长引入到晶体中。晶体有一定的取向，在不同取向生长出的晶体会有不同的使用效果和结晶完整性【3】，为了进一步消除籽晶对晶体生长带来的不足和缺陷，我们应用缩颈工艺，在晶体生长中籽晶收细至1-2，生长10-20时，再降低拉速进行放肩生长。3 温场的影响要生长高质量的晶体，温场也是很重要的一方面。选取优良的籽晶能降低晶体中的缺陷，另一方面合适的温场也有利于降低晶体中的缺陷，平稳的使晶体生长，降低了晶体在生长中的难度，跟有利于晶体生长的控制操作。温场中温度梯度过大或过小都活影响晶体的生长，过小难以生长出大尺寸的晶体，过大侧容易引入杂志或产生多晶。所以只有选择合适的温场才能生长出优质的单晶。温度的波动跟容易形成缺陷。所以晶体在生长是要注意【3、4】：1）设计合理的温场保温层的高度和厚度。2）晶体生长的物理和化学变化过程是发生在晶体-熔体的界面中心，是熔体中的原子进入晶格结晶和溶质原子在固液界面重新分配的过程。所以对温场的控制主要是界面附近的温度的控制，其他区域要保持过热熔体。4 晶体生长过程中的各种参数在晶体生长过程控制各种参数是很重要的，在整个过程中控制工艺参数如多晶料的熔化温度和速度、晶体生长的速度、晶体在生长结束后的降温速度等是晶体生长的最后也是最重要的一步。 在研究Yb:Y3AL5O12/Y3AL5O12性能方面工作中，科学家在采用热键合技术制备了Yb:Y3AL5O12/Y3AL5O12晶体。对于复合晶体的形貌和散射开始了众多测验，测验中也注入了大量的科学理论和高科技仪器，测试结果表明Yb:Y3AL5O12/Y3AL5O12复合晶体无复合界面空间层，也无界面散射，键合质量性能良好，并且成功的实现了一体化。在采用压力法测试得到复合晶体键合面的剪切强度为22.63MPa。在激光二极管泵浦下，复合晶体实现了722mW的连续激光输出，斜效率为26.7%。1.4 Nd掺杂浓度对晶体性能的影响 Nd:YAG是目前为止在民用和军事上应用最广泛的激光晶体之一。单就Nd:YAG晶体本身来说不同的掺杂质浓度对晶体有不同的性能的影响，例如荧光寿命、激光建立时间、输出能量等方面的影响。激光晶体最佳化问题，对于激光晶体的生产和性能应用方面的研究具有指导的意义。但是目前的研究仅仅局限于了特定掺杂浓度的晶体研究，而在同一激光体系下的不东掺杂浓度对晶体性能影响的研究还比较欠缺，没有一个系统的阐述。 2011年5月由长春理工大学、激光技术研究所对荧光分布测试的试验中分别通过光束质量分析仪对Nd3+掺杂浓度为0.6%、0.8%、1.0%的晶体棒的荧光分布做了测试从上图可以看出当掺杂浓度为1%时，光强是最强的，已经接近了饱和。研究还发现随着掺杂浓度的增大，光强也随着相应的增大趋势，但是低掺杂浓度的晶体有叫均匀的荧光分布度。未来的研究方向在保证光强的同时也要控制好荧光分布度的均匀性。在对Nd3+掺杂浓度对激光建立的时间的影响的研究上。工作者测量了不同掺杂浓度Nd：YAG棒的激光建立时间随电流的变化情况。发现掺杂浓度为1%时的激光建立时间与电流关系最为平缓。1.5 Nd：YAG激光器的多方用途.5.1生物医学方面 由于激光的方向和能量等多方面的性能比较好，在生物医学方面也迅速发展起来。激光在医学的利用主要原因是它能作用于生物组织，是由于激光波长的不同被生物的组织在不同情况下加以利用吸收。在吸收不同波长的激光时会产生与之相应的不同的热效应。不同波长的激光被生物组织吸收，由于激光多方面的性能众多而产生效果也是多种多样的。在医学方面不同性能的激光应用于不同的领域，有的激光作用于组织碳化，有的激光作用于组织止血，还有的激光直接作手术刀进行高科技的手术。人体组织组成中最大的一部分就是水，俗话说人是水作的事有道理的，对于吸收激光这方面来说于吸收水是非常想接近的。水在中红外波段中存在两个较强的吸收波谱带。当激光与人体组织之间作用时，水对所用激光吸收系数的大小就决定了激光在组织中的损伤区域、穿透深度、以及手术精度等。而且由于2激光具有对人眼无伤害，适合于用光纤传输等优点而被广泛应用于高精度外科手术等领域。1.5.2 激光雷达方面 激光高速发展的今天，其技术也应用于高科技的通讯，比如雷达。大气层在抵消激光的效果比较差些，同时大气对它的吸收也比较小，与其他激光相比，它对雨雾的穿透率更高，因此能作为很好的的探测光源。激光雷达的发展迅速从CO2激光雷达跨越到了YAG晶体激光雷达，发展之迅速妙不可言。激光线更窄，这就使其测量精度达到了一个很高的精确度，YAG激光雷达测距，可以非常精确的测量卫星火箭。激光测距在民用和军事上都有广泛的应用。在众多的激光晶体中尤其以Nd:YAG激光晶体的测光性能最优越。随着国内激光技术的不断发展和应用方面的不断延伸，Nd:YAG脉冲测光技术得到了很好的发展。激光脉冲测距方面也具有独特的优点，在众多的激光晶体中Nd;YAG激光测距具有很多的优点，Nd:YAG脉冲激光有很好的输出功率，可以瞬间到达峰值功率。发射激光的反射能力很强（b）Nd:YAG脉冲激光测距速度非常快，只要接收反回脉冲信号计时马上结束，在实际工作测量中所需要的测量时间非常短（c）Nd:YAG脉冲激光测距工作不需要合作目标，其对目标的隐蔽性和安全性能好。2 多掺杂的Cr，Tm，Ho：YAG激光晶体2.1 Cr，Tm，Ho：YAG激光器 室温下CTH：YAG固体激光器于20世纪末诞生于华中理工大学，在输出镜透过率为29%，冷却温度为达到90，放电脉冲半宽度为3609s，激光器的阈值为98.4J，单脉冲输出在3J以上。钬激光系统在国外很多领域得到了很好的发展和应用，但是我国正在对这个系统研究，技术方面还不够娴熟。在掺杂单一杂质激光晶体中的研究方面已有很多的成果与进展，但在多杂质掺杂晶体种的研究缺为之甚少。华中科技大学光电子科学与工程学院的研究工作者在多杂质晶体研究方面取得了一些进展。在他们的研究中发现CTH:YAG激光器是疝灯泵浦、高效运行在近红外波段的激光器，工作波长为2.1m。此工作波长有利于被水分子吸收而且吸收的速度相当快，此激光器应用于医学堪称完美。国外对钬激光已有很多的研究，并广泛的应用与医学方面。与之相比国内也有次方面的研究，但在激光运用和激光晶体特性方面还很欠缺这方面的研究，特别是在应用领域不成熟，研究者通过样机试验对CTH;YAG激光系统的设计进行总合分析及研究。研究发现CTH:YAG输出特性不仅受谐振腔参数等因素的影响，温度对其影响也很大。在从泵浦能量、谐振腔结构，输出镜透过率，冷却等因素对激光输出的总合影响。在控制冷水温度对激光输出的影响试验时发现降低水温，激光输出功率明显的提高。在对不同重复频率条件下激光输出特性的试验中发现：钬激光输出对温度敏感,对总泵浦功率限制较大,所以谐振腔输出镜透过率应根据需要合理选取。通过试验可以看出,输出镜透过率T=30%,可以得到单脉冲大能量输出,但阈值高,泵浦能量较低时效率低,不利于高重复频率情况下工作。如果设计在高重复频率情况下工作的激光器,选择透过率低的输出镜更有利于激光输出。2.2 CTH：YAG总结和优化 CTH:YAG激光器是一种应用非常广泛的医用激光器。泵浦能量大部分来自Cr3+对氙灯泵浦光的吸收,吸收波谱带的中心波长分别为0. 43m和0. 6m,吸收波长范围较宽,热透镜效应影响也很严重。温度对激光器有多方面的影响，会影响到激光器的阈值，也会影响到激光功率输出。钬激光器发展很快影响力也非常大，给相关领域带来了福音。所以在设计选择的时候应该慎重，要考虑到泵浦功率、重复频率、谐振腔结构和输出镜透过率。来达到一个高效率稳定的激光输出。对提高泵浦效率，降低工作晶体的温度，可从一下几点考虑：（1） 工作时适当的缩短一定范围内的放电脉宽，在此效果下可以大幅度的提升光谱的匹配效率。（2） 在工作过程中，利用水来维持所需温度，从而达到降低晶体工作温度的效果。（3）应用高科技设备去除晶体对目的之外的光谱的吸收。 在Cr,Tm ,Ho：YAG激光器输出的实验研究中研究者为了研究Cr,Tm ,Ho：YAG激光器输出脉冲能量和晶体温度的关系，运用了有限元的计算方法计算了不同的制冷温度和抽运功率情况下晶体内温度的分布，以此来研究分析晶体温度分布对晶体激光的输出影响。研究结果发现，制冷温度和频率的增加都将大大增加激光的抽运阈值,同时降低输出效率。 3总结及发展动态3.1 总结 我通过查阅文献简单的总结了Nd：YAG激光晶体的发展历程和简单的介绍激光晶体的分类标准，然后介绍了一下该晶体的结构和性能，并简单的陈述了Nd：YAG的晶体的主要缺点以及如何去改善。和通过控制温度，冷却时间 和生长方法等来如何得到大尺寸的晶体。再从YAG晶体的生长来简单的总结了一下 晶体生长的几种常用方法及各种方法的优缺点进行了简单的总结。本文就YAG的激光的方向和能量等众多良好性能，在生物医学较迅速的发展起来。因其输出功率高等优点在探测等方面有很广泛的运用。主要在军事上被用于雷达探测，在临床医用方面主要用于手术激光刀等。第二部分主要从多掺杂YAG激光晶体进行了论述，所涉及的杂质主要有Cr,Tm,Ho等杂质。因多掺杂晶体的研究还很少，应用领域的成果也寥寥无几，从技术和理论方面欠缺论述了对多掺杂晶体发展的限制，以及应该在哪方面进行改进优化，和提高其应用的范围。 论文的最后是对以上工作的总结和对未来激光晶体的发展前景的瞻望以及第三类激光离子在未来激光领域的发展的地位的猜想。 本论文从晶体理论的发现和晶体激光器的产生以及在民用和军事方面的利用的推广来总结了近几年国内外对激光晶体尤其是以YAG为基质的掺稀土元素激光晶体的研究,主要是激光晶体的发射功率，谐振腔结构，激光的建立时间，激光冷却时间等因素之间的相互影响，以及在控制某一特定的条件下变化不同的激光影响因素而对激光产生所带来的影响。笔者同时也从以YAG为基质改变掺杂杂质的掺杂浓度来影响激光器的产生效率和对激光稳定性的影响。在多掺杂稀土元素激光晶体中，本文着重就CTH：YAG激光器输出脉冲能量和晶体温度的关系的关系进行了研究，利用有限元的方法计算了不同制冷温度和抽运功率情况下晶体温度的分布，从而分析了温度分布上的不同对激光试验输出上的影响。在控制制冷液温度在15、重频5Hz时可以获得的最大能量为217mJ,此时的斜效率1.4%：当重频为10Hz时，最大单脉冲输出仅为56mJ，斜效率约为0.9%。研究的结果表明，制冷温度和频率的增加都将增加激光的抽运阈值，同时降低了输出的效率，所以在要求得到高效率，大阈值时要同时参考制冷温度和频率对晶体激光器的影响。3.2 YAG晶体的发展方向和动态纵观我国近几年的经济发展形势与整体进步趋势， 我国在世界经济、科技领域开始处于快速上升的位置。 就我国现阶段而言，激光晶体已应用于不同行业不同领域，其发展前景不可估量。由于国家的政策支持和资金的保证。我国的激光领域在不断追求新成果的同时也注重了后备人才的培养与储备。未来激光技术领域的发展注重在提高激光效率，增大抽运阈值，和增加激光稳定性方面将重点突破。掺杂YAG激光器性能稳定、质地坚硬、光学各向同性、热导率高等优点，在大能量条件下工作有很大的优势。新波长、新离子是激光材料领域基础研究的永恒主题。主族金属离子（s、p电子构型）成为继过渡金属（d电子构型）和稀土离子（f电子构型）之后的第三类激光离子，将为激光材料的发展提供了新的机遇和挑战。参考文献1G. J.Quarles, et a,lSolid State Lasers, SPIE,1990, 12