稀土激光材料詳細介紹

1、稀土激光材料詳細介紹什么是稀土激光材料?以及稀土激光材料應(yīng)用,今天由稀土交易網(wǎng)的小編為大家詳細介紹一下。一、稀土激光材料激光是一種新型光源,它具有很好的單色性、方向性和相干性,并且可以達到很高的亮度。與激光技術(shù)相應(yīng)發(fā)展起來的各種晶體,如非線性晶體,能對激光束進行調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)偏及調(diào)相作用;能修正傳輸過程中激光圖像的畸變;熱電探測晶體能靈敏地探測到紅外光等。這些特性使激光很快就應(yīng)用到工、農(nóng)、醫(yī)和國防部門。激光與稀土激光材料是同時誕生的。到目前為止,大約90%的激光材料都涉及到稀土。自從1960年在紅寶石中出現(xiàn)激光以來,同年就發(fā)現(xiàn)用摻釤的氟化鈣(CaF2:Sm2+可輸出脈沖激光。1961年首先使用

2、摻釹的硅酸鹽玻璃獲得脈沖激光,從此開辟了具有廣泛用途的稀土玻璃激光器的研究。1962年首先使用CaWO4:Nd3+晶體輸出連續(xù)激光, 1963年首先研制稀土螯合物液體激光材料,使用摻銪的苯酰丙酮的醇溶液獲得脈沖激光,1964年找出了室溫下可輸出連續(xù)激光的摻釹的釔鋁石榴石晶體(Y3Al5O12:Nd3+,它已成為目前獲得了廣泛應(yīng)用的固體激光材料,1973年首次實現(xiàn)銪-氦的稀土金屬蒸氣的激光振蕩。由此可見,在短短的十多年里,稀土的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)都實現(xiàn)了受激發(fā)射。在激光工作物質(zhì)中,稀土已成為一族很重要的元素。這都與它具有特殊的電子組態(tài)、眾多可利用的能級和光譜特性有關(guān)。稀土激光材料可分為:固體、液體

3、和氣體三大類。但后兩大類由于其性能、種類和用途等遠不如固體材料。所以一般說稀土激光材料通常是指固體激光材料。固體材料分為晶體、玻璃和光纖激光材料,而激光晶體又占主導地位。二、稀土固態(tài)激光材料1.稀土晶體激光材料目前已知約有320種激光晶體,主要是含氧的化合物或含氟的化合物,其中約290種是摻入稀土作為激活離子的,即稀土激光晶體約占90.6%,稀土中已實現(xiàn)激光輸出的有Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb等,盡管激光晶體很多,但重要的只有數(shù)十種,而實用的更少。典型的、優(yōu)良的激光晶體有如下幾種:(1稀土石榴石體系(YAGYAG是目前國內(nèi)外研究、開發(fā)和應(yīng)用最活躍的體系,其中

4、摻釹釔鋁石榴石晶體(YAGNd性能最好,用途最廣,產(chǎn)量最大。它用作重復頻率高的脈沖激光器。近年來開發(fā)了效率更高的摻釹和鉻的釓鈧鎵石榴石。(2摻Nd的鋁酸釔體系 YAlO3Nd(YAPNdYAP屬正交晶系,具有各向異性,故可利用晶體的不同取向而得到不同的激光特性。另外YAP晶體的長生速度比YAG快。輸出功率不易飽和。其缺點是在高溫下存在相不穩(wěn)定性,熱膨脹系數(shù)各向異性,致使晶體在生長過程中易出現(xiàn)開裂、色心和散射顆粒等缺點。(3氟化鋰釔(YLF激光材料YLF是一種優(yōu)良的激光基質(zhì),其中很多稀土激光離子都實現(xiàn)了激光輸出。它的優(yōu)點是受光輻照后,不產(chǎn)生色心而變色,基質(zhì)吸收的截止波長移向短波。YLF:Nd晶體

5、熒光壽命長,發(fā)射截面積大,適合二極管的泵浦的激光晶體。2.稀土玻璃激光材料在玻璃中可產(chǎn)生激光的稀土激活離子比在晶體中少,目前已知有Nd、Er、Ho、Tm等三價離子。稀土玻璃激光材料的優(yōu)點是:易于制備,利用熱成型和冷加工工藝可制得不同大小尺寸和形狀的玻璃,靈活性比晶體大,既可拉成直徑小至微米的纖維,又可制成幾厘米直徑和幾米長的棒或圓盤。稀土玻璃是目前輸出脈沖能量最大、輸出功率最高的固體激光材料,用這種激光材料制成的大型激光器用于熱核聚變的研究中。3.化學計量激光材料在這類激光材料中,稀土激活離子不是以摻雜的形式加入的,而是作為晶體的組分之一。其潛在的應(yīng)用是用于集成光學、光通訊、測距,將來光計算機

6、與半導體激光器將有一番競爭。4.稀土上轉(zhuǎn)換激光材料目前實現(xiàn)的激光波長主要是紅和紅外波段,極缺藍和綠激光波段,使激光的發(fā)展和應(yīng)用受到影響。除倍頻技術(shù)使長波長的激光轉(zhuǎn)變?yōu)槎滩ㄩL激光外,近年來,人們利用發(fā)光學中的反斯托克斯效應(yīng),大力發(fā)展上轉(zhuǎn)換激光材料,并使之達到實用化、商品化。5.稀土光纖激光材料隨著集成光學和光纖維通迅的發(fā)展,需要有微型的激光器和放大器。90年代起,信息高速公路對信息的傳輸提出了更高的要求,多媒體技術(shù)要求能同時傳送圖、文、聲、像,而且是高度清晰的聲、像。信息高速公路要達到象樣的高速,一般的光纖通信技術(shù)傳送信息的速度差之甚遠,希望能以超高速、超長距離方式傳送信息需要跨越許多技術(shù)上的障

7、礙,其中之一就是如何補充在長距離傳送過程中光衰減的能量。所以光信號直接放大就成為尚待解決的課題。其中摻鉺的光纖放大器能直接放大光信息,進行大容量、長距離通信,使光纖通信取得長足發(fā)展。近年來對摻鉺的光纖放大器的研制取得了很大的進展。將鉺摻入普通石英光纖,再配以980納米、1480納米的兩種波長的半導體激光器,就基本構(gòu)成了直接擴大1550納米光信號的光放大器。鉺從高能態(tài)躍遷至基態(tài)時發(fā)射的光補充了衰減的信號光,起到光放大的作用。為避免無用的吸收,光纖中鉺的摻雜量為幾十至幾百ppm,而且,在光密度高的芯的中心部分摻雜可獲得高增益。三、稀土激光材料的應(yīng)用器件1.YAGNd激光器這是用量最多、最成熟的激光

8、晶體,對其需求占激光晶體的90%左右,在未來5年內(nèi)仍為主體。材料加工是激光器巨大市場之一。CO2激光器與YAGNd激光器在材料加工方面銷售量之比為21。2.光存貯激光器作為信息高速公路重要組成部分,市場潛力非常巨大,其中一部分屬于光存儲。提高存儲密度的方法是用更短波長的激光,目前最佳選擇是808微米的LED泵浦YVO4Nd晶體。3.2微米激光器4.LED泵浦的固體激光器LED泵浦固體激光器其效率比燈泵浦提高10倍,全固體化可靠性提高100倍,在光存儲、微細加工、有線電視、遙感、雷達等科研方面有巨大市場。LED泵浦激光材料目前主要有YAGNd、YAGTm、YVO4Nd、Y2SiO5Nd等。四、稀

9、土激光材料發(fā)展方向稀土材料是激光系統(tǒng)的心臟,是激光技術(shù)的基礎(chǔ),由激光而發(fā)展起來的光電子技術(shù),不僅廣泛用于軍事,而且在國民經(jīng)濟許多領(lǐng)域,如光通訊、醫(yī)療、材料加工(切割、焊接、打孔、熱處理等、信息儲存、科研、檢測和防偽等方面獲得廣泛應(yīng)用,形成新產(chǎn)業(yè)。在軍事上,稀土激光材料廣泛應(yīng)用于激光測距、制導、跟蹤、雷達、激光武器和光電子對抗、遙測、精密定位及光通訊等方面。提高和改變各軍種和兵種的作戰(zhàn)能力和方式，在戰(zhàn)術(shù)進攻和防御中起重大作用。高功 率激光材料可裝備激光致盲武器，以及光電對抗等武器。光發(fā)射二極 管（LED）泵浦的激光晶體制成的激光器輸出光束質(zhì)量好，非線性移 頻效率高，可把毫瓦級的激光移頻到藍光、綠光和紅光區(qū)，用于光存 貯、顯示、遙感、雷達和科研等。 ?19851986 年全世界的激光器 的銷售額從 4.6 億美元增加到 1996 年的 15 億美元。 平均年增長率為 11%。激光產(chǎn)品銷售額的分布：美國占 45%、歐洲占 30%、太