一、稀土激光材料
激光是一种新型光源，具有良好的方向性和相干性，可以实现高亮度。与激光技术相应发展起来的各种晶体，如非线性晶体，可以调制激光束的频率、振幅、偏转和相位；能够校正激光图像在传输过程中的畸变；热电晶体可以灵敏地检测红外光等。这些特性使激光器迅速应用于工业、农业、医学和国防部门。
激光和稀土激光材料同时诞生。到目前为止，大约90%的激光材料都涉及稀土。自1960年红宝石中出现激光以来，同年发现钐掺杂氟化钙(CaF2:Sm2+)可以输出脉冲激光。1961年，掺钕硅酸盐玻璃首次用于获得脉冲激光。从此，具有广泛应用前景的稀土玻璃激光器的研究开始了。1962年，CaWO4:Nd3+晶体首次用于输出连续激光。1963年首次研制出稀土螯合物液体激光材料，利用掺铕苯甲酰丙酮的醇溶液获得脉冲激光。1964年发现掺钕钇铝石榴石晶体(Y3A5O12: Nd3+)，可以在室温下输出连续激光。成为目前已经广泛使用的固体激光材料，1973年首次实现了铕-氦。可见，短短十几年，稀土的固态、液态、气态都实现了受激发射。稀土已经成为激光加工材料中非常重要的元素。所有这些都与它特殊的电子构型、许多可利用的能级和光谱特性有关。
稀土激光材料可分为固态、液态和气态三大类。但后两类因其性质、种类和用途远不如固体材料。一般来说，稀土激光材料通常指固体激光材料。固体材料分为晶体、玻璃和光纤激光材料，激光晶体占主导地位。
二、稀土固体激光材料
1.稀土晶体激光材料
目前激光晶体约有320种，主要是含氧化合物或含氟化合物，其中约有290种掺有稀土作为活性离子，即稀土激光晶体约占90.6%。稀土中，铈、镨、钕、钐、铕、铽、镝、钬、铒、铥、镱等都实现了激光输出。激光晶体虽然很多，但重要的只有几十种。典型的优秀激光晶体如下:
(1)稀土石榴石系统(YAG)
YAG是目前国内外研究、开发和应用最活跃的体系，其中掺钕钇铝石榴石晶体(YAG∶Nd)性能最好，应用最广，产量最大。它被用作高重复率的脉冲激光器。近年来，已经开发了掺钕和铬的更有效的钆钪镓石榴石。
(2)掺钕铝酸钇系统
YAP是具有各向异性的正交晶系，因此使用不同的晶向可以获得不同的激光特性。此外，YAP晶体的寿命比YAG快。输出功率不容易饱和。其缺点是高温下的相不稳定性和热膨胀系数的各向异性，导致晶体生长过程中出现裂纹、色心和散射颗粒。
(3) LiYF激光材料
YLF是一种优良的激光基质，许多稀土激光离子在其中实现了激光输出。其优点是受光照射后不会产生色心变色，基质吸收截止波长向短波偏移。YLF: Nd晶体是一种荧光寿命长、发射截面积大的激光晶体，适用于二极管泵浦。
2.稀土玻璃激光材料
玻璃中能产生激光的稀土活性离子比晶体中少。目前已知的有钕、铒、钬、铥等三价离子。稀土玻璃激光材料的优点是:易于制备，通过热成型和冷加工工艺可以制成不同尺寸和形状的玻璃。柔韧性大于晶体，可拉制成直径小至微米的纤维，也可制成直径几厘米、长度几米的棒状或圆盘状。稀土是目前输出脉冲能量和功率最高的固体激光材料。用这种激光材料制成的大型激光器用于热核聚变的研究。
3.化学计量激光材料
在这类激光材料中，稀土激活离子不是以掺杂的形式加入，而是作为晶体的成分之一。它的潜在应用是集成光学、光通信和测距。未来，光学计算机将与半导体激光器竞争。
4.稀土上转换激光材料
目前实现的激光波长主要是红色和红外波段，而蓝色和绿色激光波段极短，影响了激光器的发展和应用。近年来，人们除了利用倍频技术将长波长激光转换为短波长激光，并使其实用化和商业化之外，还利用发光光学中的反斯托克斯效应，大力发展上转换激光材料。
5.稀土光纤激光材料
随着集成光学和光纤通信的发展，需要小型化的激光器和放大器。20世纪90年代以来，信息高速公路对信息传输提出了更高的要求。多媒体技术要求图片、文字、声音和图像能够同时传输，并且是高度清晰的声音和图像。要让信息高速公路达到像样的高速，一般光纤通信技术传输信息的速度是远远赶不上的。超高速超长距离传输信息需要克服很多技术障碍，其中之一就是如何补充长距离传输过程中光衰减的能量。因此，光信号的直接放大成为一个亟待解决的问题。掺铒光纤放大器可以直接放大光信息，进行大容量、长距离的通信，使得光纤通信有了很大的发展。
近年来，掺铒光纤放大器的发展取得了很大的进展。掺铒到普通应时光纤中，再加上980nm和1480nm波长的半导体激光器，基本上构成了一个光放大器，直接放大1550nm的光信号。铒从高能态跃迁到基态时发出的光补充了衰减的信号光，起到了光放大的作用。为了避免无用吸收，光纤中铒的掺杂量为几十到几百ppm，在光密度高的纤芯中心部分掺杂可以获得高增益。
三。稀土激光材料的应用装置
1.YAG∶Nd激光器
这是目前使用最多、最成熟的激光晶体，其需求量约占激光晶体的90%，未来五年仍将是主体。材料加工是激光的巨大市场之一。在材料加工中，CO2激光器与YAG∶Nd激光器的销售比为2∶1。
2.光存储激光器
作为信息高速公路的重要组成部分，它具有巨大的市场潜力，其中一部分属于光存储。提高存储密度的方法是使用更短波长的激光。目前最好的选择是808微米LED泵浦的YVO4∶Nd晶体。
3.2微米激光器
Ho和Tm激光器具有巨大的市场潜力。由于Ho和Tm激光的输出波长在2微米左右，接近水的吸收峰，对人体组织具有优异的切割和凝固效果，并且可以通过普通光纤传输，因此是理想的外科手术激光光源。美国已有20多种2微米激光被批准用于临床。可用于治疗各种疾病。2微米激光对人眼安全，大气穿透性好，可作为激光雷达光源，综合性能优于YAG∶Nd和CO2激光器。
4.LED泵浦固体激光器
LED泵浦固体激光器的效率比灯泵浦固体激光器高10倍，全固态可靠性高100倍。在光存储、微加工、有线电视、遥感、雷达等科研领域有着巨大的市场。目前，LED泵浦激光材料主要有YAG∶Nd、YAG∶Tm、YVO4∶Nd、Y2SiO5∶Nd等。
四。稀土激光材料的发展方向
稀土是激光系统的心脏，是激光技术的基础。激光发展的光电技术不仅广泛应用于军事，而且广泛应用于国民经济的许多领域，如光通信、医疗、材料加工(切割、焊接、冲压、热处理等。)，信息存储，科学研究，检测防伪，形成一个新的产业。在军事上，稀土激光材料广泛应用于激光测距、制导、跟踪、雷达、激光武器和光电对抗、遥测、精确定位和光通信等领域。并提高和改变各军兵种的作战能力和作战方式，在战术攻防中发挥重要作用。高功率激光材料可以装备激光致盲武器和光电对抗。由发光二极管泵浦的激光晶体制成的激光器具有良好的输出光束质量和较高的非线性频移效率，可将毫瓦激光向蓝、绿、红三个区域移动，用于光存储、显示、遥感、雷达和科学研究。从1985年到1986年，激光器的全球销售额从4 . 6亿美元增加到1996年的15亿美元。年均增长11%。激光产品销售的分布:美国占45%，欧洲占30%，太平洋地区占25%。销售额前六位应用领域是材料加工、医疗、光通信、科学研究、光存储和测量设备。到下世纪初，光通信、光存储和信息高速公路等光电子技术将迅速发展。中国激光产业的销售额从1985年的6000万元人民币上升到1994年的5.82亿元人民币。年均增长32%。
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