【導(dǎo)讀】人類發(fā)現(xiàn)原子能，發(fā)明計算機(jī)，繼而發(fā)現(xiàn)了半導(dǎo)體，到如今，激光的出現(xiàn)又一次引起了整個行業(yè)的動蕩。在生產(chǎn)生活甚至科研領(lǐng)域，都可以看到激光的應(yīng)用，當(dāng)下看，激光儼然已經(jīng)成為了探索未來科技的利器。本文就著重講解了激光晶體的相關(guān)知識及應(yīng)用。
晶體材料在激光器中的應(yīng)用是非常廣泛的，在激光器中所用的晶體是激光晶體（lasercrystal），它是一種可將外界提供的能量通過光學(xué)諧振腔轉(zhuǎn)化為在空間和時間上相干的具有高度平行性和單色性激光的晶體材料，是晶體激光器的工作物質(zhì)。例如20世紀(jì)60年代問世的第一臺激光器用的就是紅寶石（Cr:Al2O3）晶體。
到了20世紀(jì)70年代摻釹釔鋁石榴石（Nd:YAG）晶體誕生使得固體激光開始大力發(fā)展；20世紀(jì)80年代摻鈦藍(lán)寶石(Ti:Al2O3)晶體的出現(xiàn)使超短、超快和超強(qiáng)激光成為可能，并使得飛秒激光科學(xué)技術(shù)蓬勃發(fā)展并滲透到各種基礎(chǔ)和應(yīng)用學(xué)科領(lǐng)域；20世紀(jì)90年代研制的摻釹礬酸釔(Nd:YVO4)晶體使固體激光器的發(fā)展進(jìn)入新時期——全固態(tài)激光科學(xué)技術(shù)。下圖就是特殊設(shè)計的激光器，中間部分是激光晶體。
在當(dāng)前的各種激光器中，全固態(tài)激光器是最有前途的激光器。而激光晶體就是全固態(tài)工作的核心部件。
在微觀結(jié)構(gòu)上看激光晶體由發(fā)光中心和基質(zhì)晶體兩部分組成。大部分激光晶體的發(fā)光中心由激活離子構(gòu)成，激活離子部分取代基質(zhì)晶體中的陽離子形成摻雜型激光晶體。激活離子成為基質(zhì)晶體組分的一部分時，則構(gòu)成自激活激光晶體。
激光晶體所用的激活離子主要為過渡族金屬離子和三價稀土離子。過渡族金屬離子的光學(xué)電子是處于外層的3d電子，在晶體中這種光學(xué)電子易受到周圍晶場的直接作用，所以在不同結(jié)構(gòu)類型的晶體中，其光譜特性有很大差異。三價稀土離子的4f電子受到5s和5p外層電子的屏蔽作用，使晶場對其作用減弱，但晶場的微擾作用使本來禁戒的4f電子躍遷成為可能，產(chǎn)生窄帶的吸收和熒光譜線。所以三價稀土離子在不同晶體中的光譜不像過渡族金屬離子變化那么大。
進(jìn)入新世紀(jì)，激光和激光科學(xué)技術(shù)正以其強(qiáng)大的生命力推動著光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，激光材料也在單晶、玻璃、光纖、陶瓷等四方面全方位迅猛展開，如微-納米級晶界、完整性好、制作工藝簡單的多晶激光陶瓷和結(jié)構(gòu)緊湊、散熱好、成本低的激光光纖，正在向占據(jù)激光晶體首席地位達(dá)40年之久的Nd:YAG發(fā)出強(qiáng)有力的挑戰(zhàn)，因此，如何提高激光晶體的質(zhì)量，生產(chǎn)效率，如何優(yōu)化晶體的生長工藝，已經(jīng)成為了全世界研究的熱門話題。
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