一、激光晶體的重要性及其前景
六十年代激光器的出現(xiàn)，開創(chuàng)了光學(xué)領(lǐng)域的嶄新局面，促進(jìn)了光電技術(shù)的進(jìn)程和發(fā)展。激光技術(shù)是光電子技術(shù)的核心組成部分，而激光晶體是激光器的工作物質(zhì)。自1960年臺(tái)紅寶石激光器問世以后，人們對(duì)激光工作物質(zhì)進(jìn)行了廣泛深入的研究與探索。固體激光晶體經(jīng)歷了六十年代的起步，七十年代的探索，八十年代的發(fā)展過程，固體激光晶體己從初幾種基質(zhì)晶體發(fā)展到常見的數(shù)十種。作為固體激光器的主體，激光晶體發(fā)展成固體激光技術(shù)的重要支柱。正是由于激光晶體具有如此的重要性，才使其成為具有廣闊發(fā)展前景的固體激光材料。根據(jù)國外有關(guān)資料，世界激光器具有持續(xù)穩(wěn)定增長(zhǎng)的市場(chǎng)前景。多年來各國政府在撥款方面逐漸減少，迫使各企業(yè)努力開發(fā)民用產(chǎn)品，采用新技術(shù)和降低成本的措施，并結(jié)合用戶市場(chǎng)的需求開發(fā)新產(chǎn)品，尤其自1996豐以來，激光器市場(chǎng)，包括材料加工、醫(yī)療、通訊等迅速擴(kuò)大，銷售持續(xù)穩(wěn)定的增長(zhǎng)。據(jù)bcc公司的統(tǒng)計(jì)表明，按平均年增長(zhǎng)12.1％計(jì)，僅美國激光材料和元部件市場(chǎng)從1996年的4.763億美元將達(dá)到2000年的7.653億美元。
二十一世紀(jì)是信息化的世紀(jì)，光電子技術(shù)是信息社會(huì)發(fā)展的強(qiáng)大推動(dòng)力，因此，光電子產(chǎn)業(yè)一直被認(rèn)為是下世紀(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)。特別是許多傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)在金融風(fēng)暴的沖擊下紛紛不支倒地，更使微電子和光電子等高科技產(chǎn)業(yè)支撐經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的角色日益突出。在近二十年內(nèi)，光電子產(chǎn)業(yè)將以30―60％的年平均速度發(fā)展，而材料的研究和開發(fā)是光電子技術(shù)發(fā)展的先導(dǎo)和基礎(chǔ)，因此具有廣闊的發(fā)展前景。作為重要的光電子材料，激光晶體從科學(xué)研究到工業(yè)生產(chǎn)，從軍用到民用，應(yīng)用范圍很廣。目前90％左右的激光晶體是摻入稀土作為激活離子的。因此，稀土在激光晶體中已經(jīng)成為一族很重要的元素。由此可見，激光晶體的巨大發(fā)展將推動(dòng)稀土的廣泛應(yīng)用。
二、稀土在激光晶體中的應(yīng)用
激光晶體是由晶體基質(zhì)和激活離子組成。激光晶體的激光性能與晶體基質(zhì)、激活離子的特性關(guān)系*。目前已知的激光晶體，大致可以分為氟化物晶體、含氧酸鹽晶體和氧化物晶體三大類。激活離子可分為過渡金屬離子、稀土離子及錒系離子。目前已知的約320種激光晶體中，約290種是摻入稀土作為激活離子的?？梢娤⊥猎诎l(fā)展激光晶體材料中的重要作用。
在稀土元素中已實(shí)現(xiàn)激光輸出的有ce、pr、nd、sm、eu、tb、dy、ho、er、tm、yb共11個(gè)三價(jià)離子和sm、dy、tm三個(gè)二價(jià)離子。稀土的激光性能是由于稀土離子的4f電子在不同能級(jí)之間的躍遷而產(chǎn)生的。由于很多稀土離子具有豐富的能級(jí)和他們的4f電子的躍遷，使稀土成為激光晶體*的激活離子，為*提供了很多性能優(yōu)越的高功率、ld泵浦、可調(diào)諧、新波長(zhǎng)等摻稀土激光晶體。高功率摻稀土激光晶體主要有摻釹釔鋁石榴石(nd：yag)、摻釹鋁酸釔(nd：yap)、摻鋁釓稼石榴石(nd：ggg)和摻釹鋁酸鎂鑭(nd：lma)等。其中，nd：yag重要，應(yīng)用廣，用量大。國外早已投入生產(chǎn)，在美國nd：yag晶體已經(jīng)商品化，新產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，占領(lǐng)大部分市場(chǎng)?？烧{(diào)諧激光晶體同樣很引人注目。利用ce離子的寬帶躍遷，從ce：ylf和ce：laf3等晶體中獲得可調(diào)諧的紫外激光。目前為有效的和可連續(xù)調(diào)諧的紫外激光晶體是ce：licaf、ce：lisaf。
用于ld泵浦激光器的晶體主要有nd：yvo4、nd：yag、nd：ylf等，其它合適的泵浦的晶體還有yb：yag等。我國的yvo4、nd：yvo4晶體均已享譽(yù)市場(chǎng)，據(jù)估計(jì)其產(chǎn)品目前占市場(chǎng)的l／3。
在稀土激活離子中常用的是nd離子，它輸出波長(zhǎng)為1.06μm。多年來人們一直在進(jìn)行新波長(zhǎng)激光晶體的探索工作。其中比較成功并獲得實(shí)際應(yīng)用的有摻er和ho的激光晶體。這些晶體輸出的波長(zhǎng)對(duì)人眼安全，大氣傳輸特性好，對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)的煙霧穿透能力強(qiáng)，保密性好，適合軍用。而且其波長(zhǎng)容易被水吸收，更適合于激光醫(yī)療，在表面脫水和生物工程等方面，也將獲得應(yīng)用。目前我國對(duì)ho：cr：tm：yag、er：yag和ho：er：tm：ylf已有小批量試制能力，但末形成批量產(chǎn)品。
三、稀土的發(fā)展前景
1．稀土在晶體中的應(yīng)用前景
nd：yag晶體具有光學(xué)均勻性好，機(jī)械強(qiáng)度高，物化性能穩(wěn)定，導(dǎo)熱系數(shù)高，激光性能良好及生長(zhǎng)工藝成熟等優(yōu)點(diǎn)。正是由于nd：yag晶體具有這些優(yōu)良的性能，并可在室溫下可實(shí)現(xiàn)脈沖和連續(xù)等多種方式的運(yùn)轉(zhuǎn)，所以它在軍事、工業(yè)和醫(yī)療等方面獲得了廣泛的應(yīng)用，是目前固體激光材料中用量大的激光晶體。在軍事方面，nd：yag晶體是應(yīng)用廣泛的固體激光器的工作物質(zhì)，是軍用固體激光技術(shù)的支柱。目前90％以上的軍用固體激光器是以nd：yag激光晶體為工作物質(zhì)的。
在工業(yè)領(lǐng)域，nd：yag晶體由于能獲得高功率激光輸出而廣泛應(yīng)用于材料加工。*用于材料加工的激光器銷售額持續(xù)增長(zhǎng)，其中高功率激光器的銷售保持強(qiáng)勁勢(shì)頭，其主要原因是*汽車制造商繼續(xù)推出新型號(hào)，零部件更多采用激光加工，而且激光加工逐漸從使用c02激光器轉(zhuǎn)向采用nd：yag激光器。根據(jù)laser focusworld的統(tǒng)計(jì)，1997年*用于材料加工的nd：yag激光器，銷售額為1.17億美元，1998年用于材料加工的nd：yag激光器，銷售額2.89億美元，1999年用于材料加工的nd：yag激光器，銷售額預(yù)計(jì)增長(zhǎng)8％，達(dá)3.12億美元。
醫(yī)學(xué)和醫(yī)療領(lǐng)域，也一直是nd：yag激光器的重要應(yīng)用之一，在所有激光醫(yī)療設(shè)備中，nd：yag激光醫(yī)療設(shè)備都得到廣泛的應(yīng)用。這不僅因其重復(fù)頻率和平均功率較高。更主要是其1.06μm波長(zhǎng)可用石英光纖導(dǎo)光，因此能夠被柔軟的傳輸線傳輸功率。根據(jù)laserfocusworld的統(tǒng)計(jì)，*固體激光器在醫(yī)療方面的應(yīng)用，1997年銷售額為1.59億美元，1998年銷售額為2.7億美元，1999年銷售額預(yù)計(jì)達(dá)3.1億美元。