稀土激光材料详细介绍

1、稀土激光材料详细介绍什么是稀土激光材料?以及稀土激光材料应用,今天由稀土交易网的小编为大家详细介绍一下。一、稀土激光材料激光是一种新型光源,它具有很好的单色性、方向性和相干性,并且可以达到很高的亮度。与激光技术相应发展起来的各种晶体,如非线性晶体,能对激光束进行调频、调幅、调偏及调相作用;能修正传输过程中激光图像的畸变;热电探测晶体能灵敏地探测到红外光等。这些特性使激光很快就应用到工、农、医和国防部门。激光与稀土激光材料是同时诞生的。到目前为止,大约90%的激光材料都涉及到稀土。自从1960年在红宝石中出现激光以来,同年就发现用掺钐的氟化钙(CaF2:Sm2+可输出脉冲激光。1961年首先使用

2、掺钕的硅酸盐玻璃获得脉冲激光,从此开辟了具有广泛用途的稀土玻璃激光器的研究。1962年首先使用CaWO4:Nd3+晶体输出连续激光, 1963年首先研制稀土螯合物液体激光材料,使用掺铕的苯酰丙酮的醇溶液获得脉冲激光,1964年找出了室温下可输出连续激光的掺钕的钇铝石榴石晶体(Y3Al5O12:Nd3+,它已成为目前获得了广泛应用的固体激光材料,1973年首次实现铕-氦的稀土金属蒸气的激光振荡。由此可见,在短短的十多年里,稀土的固态、液态和气态都实现了受激发射。在激光工作物质中,稀土已成为一族很重要的元素。这都与它具有特殊的电子组态、众多可利用的能级和光谱特性有关。稀土激光材料可分为:固体、液体

3、和气体三大类。但后两大类由于其性能、种类和用途等远不如固体材料。所以一般说稀土激光材料通常是指固体激光材料。固体材料分为晶体、玻璃和光纤激光材料,而激光晶体又占主导地位。二、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(YAGYAG是目前国内外研究、开发和应用最活跃的体系,其中

4、掺钕钇铝石榴石晶体(YAGNd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 YAlO3Nd(YAPNdYAP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

5、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

6、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

7、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。三、稀土激光材料的应用器件1.YAGNd激光器这是用量最多、最成熟的激光

8、晶体,对其需求占激光晶体的90%左右,在未来5年内仍为主体。材料加工是激光器巨大市场之一。CO2激光器与YAGNd激光器在材料加工方面销售量之比为21。2.光存贮激光器作为信息高速公路重要组成部分,市场潜力非常巨大,其中一部分属于光存储。提高存储密度的方法是用更短波长的激光,目前最佳选择是808微米的LED泵浦YVO4Nd晶体。3.2微米激光器4.LED泵浦的固体激光器LED泵浦固体激光器其效率比灯泵浦提高10倍,全固体化可靠性提高100倍,在光存储、微细加工、有线电视、遥感、雷达等科研方面有巨大市场。LED泵浦激光材料目前主要有YAGNd、YAGTm、YVO4Nd、Y2SiO5Nd等。四、稀

9、土激光材料发展方向稀土材料是激光系统的心脏,是激光技术的基础,由激光而发展起来的光电子技术,不仅广泛用于军事,而且在国民经济许多领域,如光通讯、医疗、材料加工(切割、焊接、打孔、热处理等、信息储存、科研、检测和防伪等方面获得广泛应用,形成新产业。在军事上,稀土激光材料广泛应用于激光测距、制导、跟踪、雷达、激光武器和光电子对抗、遥测、精密定位及光通讯等方面。提高和改变各军种和兵种的作战能力和方式，在战术进攻和防御中起重大作用。高功 率激光材料可装备激光致盲武器，以及光电对抗等武器。光发射二极 管（LED）泵浦的激光晶体制成的激光器输出光束质量好，非线性移 频效率高，可把毫瓦级的激光移频到蓝光、绿光和红光区，用于光存 贮、显示、遥感、雷达和科研等。 ?19851986 年全世界的激光器 的销售额从 4.6 亿美元增加到 1996 年的 15 亿美元。 平均年增长率为 11%。激光产品销售额的分布：美国占 45%、欧洲占 30%、太