激光晶体的现状及发展趋势分析激光材料是激光技术发展的核心和基础，具有里程碑的意义和作用：20世纪60年代第一台红宝石晶体激光器问世，激光诞生；70年代掺钕钇铝石榴石(Nd：YAG)[引，固体激光开始大力发展；80年代钛宝石晶体(Ti：A1203)E引，超短、超快和超强激光已成为可能，飞秒(fs)激光科学技术蓬勃发展、并渗透到各个基础研究和应用学科领域；90年代矾酸钇晶体(Nd：YV04),固体激光的发展进入新时期一全固态激光科学技术(SSDPL，Solid-stateLDPumpedLaser)；进入新世纪，上世纪60年代初出现的激光和激光科学技术，正以其强大的生命力推动着光电子技术和产业的发展，激光材料也在单晶、玻璃、光纤和陶瓷等四方面全方位迅猛展开，如微一纳米级晶界，完整性好、制作工艺简单的微晶激光陶瓷和结构紧凑、散热好、成本低的激光光纤，正在向占据激光晶体首席达40年之久的Nd：YAG发出强有力的挑战，激光材料也已从最初的几种基质材料发展到数十种，受到各国政府、科学界乃至企业界的高度重视。国内外现状和研究进展1、中、小功率激光晶体与Nd：YAG比较，Nd：YV04具有两个突出的特点：受激发射截面大，比Nd：YAG大5倍；808nm具有相对宽的吸收带。因此，Nd：YV04具有低的泵浦阈值，特别适合用LD泵浦，从而实现了商品化的全固态激光器。对于LD泵浦掺Nd介质腔内倍频实现532nm的激光输出，Nd：YV04是一种最重要的材料。这是因为在端面泵浦的系统中，泵浦光束通常是高度聚焦的，很难在超过几毫米的距离内维持小的束腰，而吸收截面和增益都很高的Nd：YV04晶体就具有很大的优势。例如，中国科学院北京物理所和福建物构所等采用Nd：YVOt晶体为激光增益介质，LBO为倍频材料，通过腔内倍频，在泵浦功率为21．1W时，获得输出功率为5．25W的连续绿色激光。但是，Nd：YV04和Nd：GdV04晶体的物化性能差，大尺寸晶体生长有一定的困难．美国曾尝试采用Nd：Sr5(V04)3F(SVAP)取代Nd：YV04．Nd：SVAP是在Nd：FAP晶体的基础上，经离子置换发展起来的一种新晶体，它保留了FAP的增益截面大、泵浦阈值低的优点，而机械性能有较大改进。2、超快激光晶体20世纪70-80年代，超快激光主要是采用被动锁模的染料激光器，可以产生亚ps级的短脉冲激光。80年代末期，发现了可调谐范围为660-1100nm的钛宝石(Ti：A1203)，其带宽非常有利于实现fs激光脉冲，而且具有受激发射截面大、激光损伤阈值高等优点。2001年，采用Kerr透镜被动锁模，获得了平均功率为100mW，脉宽为5,V6fs的激光脉冲，并且首次实现了fs脉冲运转下的波长宽带(400nm)调谐。钛宝石激光器基本上取代了染料激光器在超短脉冲激光领域中的位置，成为了最主要的超短脉冲激光振荡源。太瓦、飞秒(注：太瓦即Tw，1012W；飞秒即fs，10--158)超快高功率激光在物理、化学以及生命科学等领域的强场物理研究、激光惯性约束核聚变(ICF)等方面具有广阔的应用前景。自1991年世界上第一台自锁模钛蓝宝石激光器研制成功以来，在短短的10多年里，钛蓝宝石激光器的脉宽从最初的皮秒(ps)发展到现在的几飞秒(6．5fs)，峰值功率由瓦提高到太瓦甚至拍瓦(即PW，1015w)，受到了世界各国的极大关注最为典型的是美国劳伦斯·里弗莫尔实验室(LLNL)获得了430fs、1．3PW、1021W／cm2的激光辐照强度，这一强度超过产生等离子体要求阈值的1000倍，该系统采用了3块大尺寸片状钛宝石晶体(两块100mm，一块咖80mm)作为放大器。因此研制出高光学均匀性、高浓度均匀性、大直径的钛宝石激光晶体，对于发展超短、超快、超强(“三超”)激光器具有重要意义。美国CrystalSystem公司F．Schmid等人采用热交换法(HEM)可以生长出大尺寸(直径>80ram)、高质量的Ti：A1203激光晶体．该方法是目前世界上生产优质Ti：A1203晶体的主要方法之一，但它难于在零双折射方向(0001)上生长单晶，因此晶体利用率低。上海光机所的导向温度梯度法是生长大尺寸、高掺钛浓度(0．45wt％)、高峰值吸收系数(490nm处达7．0cm-1)和高完整性Ti：A1203晶体的有效技术。自1996年起，先后生长并提供优质的lOmmxlOmmx15mm、15mmx15mmx15mm、20mmx15mm、25mmx20mm和30mmxl5mm器件晶体，并继1996年在国内首先建成了2．8TW／43fs小型化CPA(啁啾脉冲放大)钛宝石超短超强激光装置，于1998、2001和2002年，先后将该激光系统升级到5．4、16和23TW．2004年，采用55x40x2