自1958年肖洛（A. Schalow）和湯斯（C. Townes）首先描述光頻下產生雷射作用條件的論文，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）為工作物質的固體雷射器，宣告了雷射器的誕生。隨後，各種類型的雷射器，如氣體雷射器、半導體雷射器、光纖雷射器等相繼問世，極大地推動了雷射科學和技術的蓬勃發展。進入20世紀80年代後期，隨著半導體雷射器等技術的重大突破，使半導體雷射器泵浦的固體雷射器（LDPSSL、DPL）取得了重大進展。這是一種結構緊湊、效率高、壽命長、光束質量高的新型雷射器件，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、雷射列印、大氣研究、軍事和國防等領域有著廣泛的套用，且已成為固體雷射器的主要研究與發展方向。
基本介紹
- 中文名：固體雷射材料
- 外文名：Solid laser material
- 時間：1958年
- 人物：肖洛和湯斯
- 套用：固體雷射器
- 特點：結構緊湊、效率高、壽命長
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國際環境
固體雷射材料是固體雷射器的核心。雷射材料有時也包括透明視窗的紅外晶體，它們是氣體雷射器和化學雷射器的關鍵材料。特別在發展強雷射時，固體雷射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，雷射材料的原創性的研究工作主要在美國和蘇聯，特別與強雷射有關的材料製造如雷射玻璃，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、高質量的摻釹雷射玻璃是由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。蘇聯的雷射玻璃研究、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。
主要特性
固體雷射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，對固體雷射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，要求雷射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雷射輸出功率，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)具有高的螢光量子效率。
(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。
(6)容易生長出大尺寸材料，且製備工藝簡單，易於光學加工，成本低廉。
分類
雷射材料是把各種激發能量(電、光、射線)或泵浦能量轉換成雷射的材料，即雷射器的工作物質。雷射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，振盪頻頻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。
晶體雷射材料
雷射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雷射晶體。當激活離子是基質組分的一部分時，則構成自激活雷射晶體。雷射的波長主要取決於激活離子的內部能級結構，但基質晶體、激活離子濃度和溫度等因素均對雷射波長有影響。這是因為雷射活離子受到不同晶格場的作用，其光譜性質便發生變化，雷射波長也有差別。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。
