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固體激光材料
鎖定
自1958年肖洛（A. Schalow）和湯斯（C. Townes）首先描述光頻下產生激光作用條件的論文，到1960年美國物理學家梅曼（Maiman）研製成功世界上第一台以紅寶石（Cr：Al2O3）為工作物質的固體激光器，宣告了激光器的誕生。隨後，各種類型的激光器，如氣體激光器、半導體激光器、光纖激光器等相繼問世，極大地推動了激光科學和技術的蓬勃發展。進入20世紀80年代後期，隨着半導體激光器等技術的重大突破，使半導體激光器泵浦的固體激光器（LDPSSL、DPL）取得了重大進展。這是一種結構緊湊、效率高、壽命長、光束質量高的新型激光器件，在空間通信、材料加工、醫療、光纖通信、光纖特性檢測、光學圖像處理、激光打印、大氣研究、軍事和國防等領域有着廣泛的應用，且已成為固體激光器的主要研究與發展方向。
- 中文名
- 固體激光材料
- 外文名
- Solid laser material
- 時 間
- 1958年
- 人 物
- 肖洛和湯斯
- 應 用
- 固體激光器
- 特 點
- 結構緊湊、效率高、壽命長
固體激光材料國際環境
固體激光材料是固體激光器的核心。激光材料有時也包括透明窗口的紅外晶體，它們是氣體激光器和化學激光器的關鍵材料。特別在發展強激光時，固體激光材料有明顯的軍用背景，所以這些材料的研究和製造帶有壟斷性。特別在美、蘇兩個超級大國爭霸時，競爭激烈。所以，激光材料的原創性的研究工作主要在美國和蘇聯，特別與強激光有關的材料製造如激光玻璃，基本上控制在美國和蘇聯的政府部門。歷年來美國的大尺寸、高質量的摻釹激光玻璃是由H本保谷(Hoya)玻璃公司和德國肖特(Schott)玻璃公司製造和供貨的．但是它們的開發和生產部分皆在美國，由美國能源部控制，至今對中國還是實行禁運的。保谷和肖特公司分別位於日本東京和德國梅茨(Mainz)的總部和研究室。蘇聯的激光玻璃研究、開發和生產都在蘇聯國家光學研究所控制下，一般不接待外賓。
固體激光材料主要特性
固體激光材料由基質材料和激活離子兩部分組成，其中基質材料決定了工作物質的各種物理化學性質，而激活離子主要決定了工作物質的光譜性質。因此，對固體激光材料的要求主要歸結為以下幾點：
(1)為充分利用泵浦光能量，要求激光材料在泵浦光的輻射區有較大的吸收截面。
(2)為獲得較低的閾值和儘可能高的激光輸出功率，摻入的激活離子必須具有有效的激勵光譜和較大的受激發射截面。
(3)要求有害雜質氣泡、條紋、光學不均勻性等缺陷儘可能少，內應力小，在材料中不產生人射光的波面畸變和偏振態的變化。
(4)具有高的熒光量子效率。
(5)具有良好的物理、化學和力學性能，特別是要求具有良好的熱學穩定性，熱導率高，熱膨脹係數小，熱效應不顯著。
固體激光材料分類
激光材料是把各種激發能量(電、光、射線)或泵浦能量轉換成激光的材料，即激光器的工作物質。激光材料主要是凝聚態物質，又以固體物質為最主要，其具有激活離子濃度高，振盪頻帶寬並能產生譜線窄的光脈衝，而且具有良好的力學性能和穩定的化學性能。
固體激光材料分為兩類。一類是以電激勵為主的半導體激光材料，一般採用異質結構，由半導體薄膜組成，用外延方法和氣相沉積方法制得。另一類是通過分立發光中心吸收光泵能量後轉換成激光輸出的發光材料。這類材料以固體電介質為基質，分為單晶體、玻璃以及近些年發展起來的透明多晶陶瓷三種。
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固體激光材料晶體激光材料
激光晶體由發光中心和基質晶體(即有序結構的固體)組成。基質晶體是組成晶格的主組分，其作用主要是為激活離子提供一個適當的晶格場。發光中心實際上少量摻雜離子，稱為激活離子。激活離子部分取代基質晶體中的陽離子形成摻雜型激光晶體。當激活離子是基質組分的一部分時，則構成自激活激光晶體。激光的波長主要取決於激活離子的內部能級結構，但基質晶體、激活離子濃度和温度等因素均對激光波長有影響。這是因為激光活離子受到不同晶格場的作用，其光譜性質便發生變化，激光波長也有差別。離子在晶格場中，其能級中的大部分簡併態將發生分裂，這便影響了激活離子的能級結構，出現精細光譜。另一方面，材料的物理化學性質主要決定於基質晶體，但摻入激活離子亦將影響其結構穩定性和晶體熱學性質等。
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