激光器的发展历史及钇铝石榴石激光晶体
简述激光技术的发展史与应用前沿
本科生课程作业（论文）简述激光技术发展史与应用技术前沿姓名：***学院:应用数理学院学号：********2015年9月13日简述激光技术发展史与应用技术的普及摘要20世纪以来物理学的基础研究不断推进科技的发展。
直至21世纪，我们无时无刻不享用着新技术给我们生活带来的便利。
而在各个领域均大规模投入使用的激光技术已经说明现代电子技术的先进性。
本文将结合课上所学内容，着重介绍激光技术概念的提出及激光器问世过程；从国内与国外的角度对比主流技术区别，同时简要介绍激光技术的应用。
关键词：光的产生；Laser；梅曼；国内；应用普及目录第1章引言第2章激光概念的提出与激光器的问世2.1自发辐射2.2 Laser概念的问世2.2.1受激辐射2.3以梅曼的红宝石激光器为开端第3章国内激光技术的发展3.1第一次听到“激光”3.2早期激光技术的发展第4章激光技术的应用4.1激光器的构成4.2激光器的特点4.3国内外前沿4.3.1国外：世界上最大的激光器4.3.2国内：矢量漩涡光束激光器研究取得突破参考文献第1章引言激光的最初的中文名叫做“镭射”、“莱塞”，是它的英文名称LASER的音译，是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词头一个字母组成的缩写词。
意思是“通过受激发射光扩大”。
激光的英文全名已经完全表达了制造激光的主要过程。
1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称“激光”。
激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”和“奇异的激光”。
它的亮度约为太阳光的100亿倍。
激光的原理早在 1917年已被著名的美国物理学家爱因斯坦发现，但直到1960 年激光才被首次成功制造。
激光是在有理论准备和生产实践迫切需要的背景下应运而生的，它一问世，就获得了异乎寻常的飞快发展，激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且导致整个一门新兴产业的出现。
Nd：YAG激光器
Nd:YAG激光（N eodymium-d oped Y ttrium A luminium G arnet;Nd:Y3Al5O12或称之为钇铝石榴石晶体）,钇铝石榴石晶体为其激活物质，晶体内Nd原子的含量为0.6～1.1%，属固体激光，发射激光为红外波长1.064um.属四能级系统。
Nd:YAG激活物质晶体主要使用氪气（kryton）或氙气（xenon）灯管作为泵浦源，泵浦灯的发射光谱是一个宽带连续谱，但仅少数固定的光谱峰被Nd离子吸收，所以泵浦灯仅利用了很少部分的光谱能量，大部分的使用率偏低。
Nd:YAG吸收的光谱区域由0.730um~0.760um与0.790um～0.820um，光谱被吸收后释放出相同频率单色光谱，但所释放的光谱并无固定方向与相位，所以尚无法形成激光。
激光生成原理。
当将激活物质放在两个互相平行的反射镜，（其中一片100%反射另一片50%透射镜）就可构成光学谐振腔，非轴向传播的单色光谱被排除谐振腔外，轴向传播的单色光谱在腔内往返传播。
当单色光谱在激光物质中往返传播时，称为谐振腔内“自激振荡”。
当泵浦灯提供足够的高能级的原子在激光物质内，具有高能级的原子在两能级间存在着自发辐射跃迁，受激吸收跃迁和受激辐射跃迁等三种过程。
受激辐射跃迁所产生的受激发射光，与入射光具有相同的频率，相位。
当光重复在谐振腔内通过“粒子数反转状态”的激活物质后，相同频率单色光谱的光强被增大生成了激光，激光高渗透率就能通过谐振腔内50%的透射镜发射出来，成为连续激光。
【精品文章】钇铝石榴石(YAG)粉体的制备及应用简介
钇铝石榴石（YAG）粉体的制备及应用简介
1. 钇铝石榴石（YAG）的性质与结构
钇铝石榴石（Y3Al5O12）是人造化合物，没有天然矿物，无色，莫氏硬度可达到8.5，熔点为1950℃，不溶于硫酸、盐酸、硝酸氢氟酸等。
YAG 晶体具有良好的透明度、物理化学性质非常稳定，不溶于水，不易诶强酸强碱腐蚀，机械强度高，具有良好的抗热蠕变性且各向同性，是一种应用广泛、性能理想的激光晶体材料。
钇铝石榴石晶体单胞的1/8结构模型
钇铝石榴石属于立方晶系，空间群是Oh10-Ia3d，点群是m3m，晶格常数是12.002Å，其每个晶胞内都包含8个Y3Al5O12分子，合计共有96个O2-离子，40个Al3+离子以及24个Y3+离子。
2.YAG粉体的制备
YAG粉体的常用制备方法主要包括高温固相法、共沉淀法、水热法、溶胶凝胶法、喷雾热解法、溶剂热法等。
（a）高温固相法
高温固相法是制备YAG粉体的传统方法，按照氧化钇和氧化铝的二元相图中得到的比例混合两种粉体在高温下焙烧，通过氧化物之间的固相反应形成YAG粉体。
在高温条件下，氧化铝和氧化钇的反应中，会先生成中间相YAM和YAP，最终形成YAG。
反应过程如下：
固相反应法不使用溶剂、工艺也较为简单、效率高成本低，以实现工业化生产，但反应温度高、中间产物不易剔除。
（b）机械化学法。
掺钕钇铝石榴石 Nd YAG
掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG )Nd:YAG 是最早和最著名的激光晶体。
由于它的很多基本性能优越，故Nd:YAG 仍常被用于近远红外固态激光及其倍频，三倍频应用中。
Nd:YAG 的优势基本属性：高增益激光阈值低功率高1064nm 光波吸收少热传导性和热冲击特性好光学性质好适用于多种工作方式（连续，脉冲，Q-开关，锁模）化学式Y 3Al 5O 12晶体结构Cubic 点阵参数12.01Å熔点1970°C 密度 4.5g/cm 3反射率 1.82热膨胀系数7.8x10-6/K <111>，0-250oC 导热性14W/m/K,20°C 10.5W/m/K,100°C 莫氏硬度8.5受激发射横截面 2.8x10-19cm-2损失系数0.003cm -1@1064nm 行宽0.6nm 辐射寿命550ms·直径:尺寸从直径10x160mm 到最大直径为20mmx2mm ·掺Nd 标准:0.5~1.2(±0.1)atm%·定向:<111>±30arc ·直径公差:±0.05mm·长度公差:±0.05mm·垂直度:小于5弧分·平行度:小于10弧秒·波前畸变:l/8·平面:l/10·表面光洁度:小于10/5（MIL-O-13830A,美国军标）·膜系：HR-Coating:R>99.8%@1064nm and R<5%@808nmAR-Coating(Single layer MgF2):R<0.25%per surface(@1064nm)·也可提供：HR@1064/532nm,HR@946nm,HR1319nm等不同膜系损伤阈值:>500MW/cm^2Nd:YAG晶体的光参数直径(mm)等级标准优良等级最佳等级≤0.5fringes/inch≤0.25fringes/inch≤0.1fringes/inch φ3-6.35≥25dB≥28dB≥30dB≤0.7fringes/inch≤0.4fringes/inch≤0.16fringes/inch φ7-10≥22dB≥25dB≥28dB≤1fringes/inch≤0.6fringes/inch≤0.2fringes/inch φ11-13≥20dB≥23dB≥26dB≤1.2fringes/inch≤0.8fringes/inch≤0.25fringes/inch φ14-16≥18dB≥20dB≥23dB。
yag激光器的能级结构特点,工作物质组成及各成分的作用。
yag激光器的能级结构特点,工作物质组成及各成分的作
用。
YAG激光器是一种固体激光器，其工作物质是掺有钕(Nd)离子的钇铝石榴石(Y3Al5O12)晶体。
YAG晶体的能级结构是由Nd离子的电子构成的。
Nd离子的电子具有四个能级，分别为基态能级、第一激发态、第二激发态和第三激发态。
在YAG激光器的激发过程中，用氙气气体放电使激光材料钇铝石榴石(YAG)晶体的Nd离子受到激发，处于基态的Nd离子吸收外界光或电子能量，电子从基态跃迁到第一激发态，在第一激发态时，Nd离子处于高能态，能量被积累并随时准备从基态返回，当Nd离子被持续激发，会随时从第一激发态向低能态跃迁，释放能量。
Nd离子到达第三激发态时，再弛豫到激光产生所需的第四激发态，从而产生激光。
YAG激光器中的Nd离子起到了激发和放射光子的作用。
Nd离子的浓度越高，则能够获取激光能力的晶体就越多，从而可以获得更高的激光输出功率。
激光器的衰减时间与Nd的原子密度、泵浦能量等因素有关，因此对于激光器的性能和稳定性也有很大影响。
YAG激光器技术原理及应用
YAG激光器技术原理及应用YAG 激光器是以钇铝石榴石晶体为基质的一种固体激光器。
钇铝石榴石的化学式是Y3 Al5 O15 ,简称为YAG。
在YAG基质中掺入激活离子Nd3+ (约1%)就成为Nd:YAG。
实际制备时是将一定比例的Al2 O3 、Y2 O3 和NdO3 在单晶炉中熔化结晶而成。
Nd:YAG属于立方晶系, 是各向同性晶体。
由于Nd:YAG属四能级系统, 量子效率高, 受激辐射面积大, 所以它的阈值比红宝石和钕玻璃低得多。
又由于Nd:YAG晶体具有优良的热学性能, 因此非常适合制成连续和重频器件。
它是目前在室温下能够连续工作的唯一固体工作物质，在中小功率脉冲器件中, 目前应用Nd:YAG的量远远超过其他工作物质。
和其他固体激光器一样, YAG 激光器基本组成部分是激光工作物质、泵浦源和谐振腔。
不过由于晶体中所掺杂的激活离子种类不同, 泵浦源及泵浦方式不同, 所采用的谐振腔的结构不同,以及采用的其他功能性结构器件不同,YAG激光器又可分为多种, 例如按输出波形可分为连续波YAG激光器、重频YAG激光器和脉冲激光器等; 按工作波长分为1.06μmYAG 激光器、倍频YAG激光器、拉曼频移YAG 激光器(λ=1.54μm)和可调谐YAG 激光器(如色心激光器)等; 按掺杂不同可分为Nd:YAG激光器、掺Ho、Tm、Er等的YAG激光器; 以晶体的形状不同分为棒形和板条形YAG 激光器;根据输出功率(能量)不同, 可分为高功率和中小功率YAG激光器等。
形形色色的YAG 激光器, 成为固体激光器中最重要的一个分支。
[相关技术]激光材料;泵浦技术;固体激光器技术；电子技术[技术难点]尽管以YAG晶体为基质的YAG 激光器从问世迄今已经20多年, 技术和工艺都比较成熟并得到广泛应用, 但随着相关技术的进步, YAG激光器的研究工作仍旧方兴未艾, 依然是目前激光器研究的热点。
为了提高YAG 激光器的效率、输出功率和光束质量, 扩展其频谱范围, 人们在激光材料、结构和泵浦源及泵浦方式等技术和工艺方面继续开展研究和改进工作, 要解决的关键技术主要有:1、寻求新的激光材料。
yag工作原理
yag工作原理YAG激光器工作原理解析激光器作为一种重要的光学设备，广泛应用于医疗、军事、通信等领域。
其中，YAG激光器是一种常见的固体激光器，具有较高的功率输出和较长的寿命。
本文将重点解析YAG激光器的工作原理，让读者对其工作过程有更清晰的了解。
YAG激光器是基于YAG晶体的激光器，其中YAG指的是钇铝石榴石（Yttrium Aluminum Garnet）晶体。
YAG晶体是一种具有高硬度、高熔点和优良的光学性能的材料。
它的基本化学式为Y3Al5O12，晶体结构为立方晶系。
YAG激光器的工作原理是通过外界能量的输入使YAG晶体产生受激辐射，进而实现激光的发射。
其工作过程主要包括泵浦、能级跃迁和激光放大三个阶段。
首先是泵浦阶段。
在YAG激光器中，通常采用氙灯或Nd:YAG激光器作为泵浦源。
当泵浦源提供足够的能量时，YAG晶体中的铒原子（Er）将被激发到高能级。
这种高能级通常称为激发态。
接下来是能级跃迁阶段。
在YAG晶体中，铒原子的能级结构较为复杂，其中最重要的能级是4I13/2和4I15/2。
铒原子从激发态跃迁到基态时，会经历一系列的能级跃迁。
在这个过程中，铒原子会释放出能量，并且放射出相应波长的光。
这种光具有高度相干性和单色性，即激光。
最后是激光放大阶段。
在YAG激光器中，激光需要经过放大器的增益介质进行放大，才能得到足够的功率输出。
YAG晶体作为放大介质，通过受激辐射的作用，使激光得到放大。
在激光放大器中，YAG晶体通常被制成棒状或片状形式，以便增加光程和提高激光输出功率。
总结起来，YAG激光器的工作原理可以简单概括为：通过泵浦源的作用，将YAG晶体中的铒原子激发到高能级，然后通过能级跃迁，释放出激光光子。
最后，激光光子在放大器中得到放大，形成高功率的激光输出。
YAG激光器具有许多优点，如高功率输出、较长的使用寿命、较高的光束质量等。
因此，它被广泛应用于材料加工、激光医疗、通信等领域。
同时，YAG晶体也可以掺杂其他稀土元素，如钆、铽等，以实现不同波长的激光输出。
钇铝石榴石_YAG_透明激光陶瓷的研究进展_张晓荣
钇铝石榴石（ＹＡＧ）透明激光陶瓷的研究进展＊张晓荣，范桂芬，汤艳琴，吕文中（华中科技大学光学与电子信息学院，武汉４３００７４）摘要 透明陶瓷的制备技术不断成熟，其中部分透明陶瓷可用作激光放大介质，即透明激光陶瓷。
透明激光陶瓷材料具有传统玻璃和单晶激光材料无法比拟的材料性能和光学特性，稀土离子掺杂的钇铝石榴石（ＹＡＧ）多晶透明陶瓷是目前应用范围最广的固体激光材料之一。
回顾了透明陶瓷的发展史，并以ＹＡＧ透明陶瓷为例，介绍了透明陶瓷的应用领域、研究概况、制备工艺及目前面临的技术难题。
关键词 透明激光陶瓷 钇铝石榴石 制备工艺 技术难点中图分类号：ＴＱ１７４ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．１１８９６／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－０２３Ｘ．２０１４．２１．０２４Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ（ＹＡＧ）Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｌａｓｅｒ ＣｅｒａｍｉｃｓＺＨＡＮＧ Ｘｉａｏｒｏｎｇ，ＦＡＮ Ｇｕｉｆｅｎ，ＴＡＮＧ Ｙａｎｑｉｎ，ＬＵ Ｗｅｎｚｈｏｎｇ（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｈｕａｚｈｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００７４）Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｎｏｗａｄａｙｓ，ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｅｒａｍｉｃｓ ｉｓ ｂｅｃｏｍｉｎｇ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｍａｔｕｒｉｎｇ，ａｎｄ ｐａｒｔｉａｌｌｙ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｅｒａｍｉｃｓ ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｎａｍｅｄ ｔｈｅ ｌａｓｅｒ ｃｅｒａｍｉｃｓ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ａｓ ａ ｌａｓｅｒ ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇ ｍｅｄｉｕｍ．Ｃｏｍ－ｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｇｌａｓｓ ａｎｄ ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｌａｓｅｒ ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｔｈｅ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｅｒａｍｉｃ ｍａｔｅｒｉａｓｌ ｓｈｏｗ ｂｅｔｔｅｒ ｐｅｒ－ｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ，ｒａｒｅ ｅａｒｔｈ ｉｏｎｓ ｄｏｐｅｄ ｙｔｔｒｉｕｍ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｇａｒｎｅｔ（ＹＡＧ）ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｐｏｌｙ－ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｃｅｒａｍｉｃｓ ａｒｅ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｓｏｌｉｄ ｌａｓｅｒ ｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｔｈｅ ｈｉｓｔｏｒｙ ｏｆ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｅｒａｍｉｃｓ ｉｓ ｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ａｎｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｄｏｍａｉｎ，ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｔａｔｕｓ，ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｆａｃｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ＹＡＧ ｔｒａｎｓ－ｐａｒｅｎｔ ｃｅｒａｍｉｃｓ ａｒｅ ａｌｓｏ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｌａｓｅｒ ｃｅｒａｍｉｃｓ，ＹＡＧ，ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｒｏｂｌｅｍ ＊国家自然科学基金（６１１７２００４） 张晓荣：女，１９８８年生，博士生，研究方向为透明陶瓷 Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｏｏｌｘｉａｏｒｏｎｇ＠１６３．ｃｏｍ 吕文中：男，１９６８年生，教授，主要从事微波介质材料及其相关通信器件、铁电压电陶瓷材料及其元器件的研究 Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｗｚ＠ｍａｉｌ．ｈｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ０ 引言固态激光器是以掺入激活离子的固体基质材料为工作物质的激光器，已广泛应用于金属加工、半导体微加工、医疗应用（如眼科手术）、红绿蓝（ＲＧＢ）光源的激光打印机和投影仪、环境仪器和光学传输系统等，并有希望应用于未来的核聚变中。
钇元素激光技术的必备材料
钇元素激光技术的必备材料钇元素激光技术是一种高端、高效的激光加工技术，广泛应用于医学、制造业和科学研究领域。
在钇元素激光技术的实施过程中，一系列必备材料的应用起到了至关重要的作用。
本文将介绍钇元素激光技术中的几种必备材料。
一、钇铝石榴石晶体钇铝石榴石晶体是钇元素激光技术的核心材料之一。
它具有较高的热导率和光学性能，能够实现激光器的正向光学泵浦和反向光学泵浦。
此外，钇铝石榴石晶体还能够提供较大的增益系数和较高的激光能量输出。
二、氙灯在钇元素激光技术中，氙灯是一种常用的激光器泵浦光源。
氙灯具有较高的亮度和稳定的工作特性，能够提供足够的能量来激发钇铝石榴石晶体的上能级。
通过氙灯的泵浦作用，钇元素激光器才能产生高能量、高品质的激光束。
三、激光波导激光波导是钇元素激光技术中的一个关键组件，它用于引导激光束的传播和放大。
激光波导可以是光纤、波导条或者晶体，它基于钇元素激光器的工作原理，能够将激光束控制在一个特定的方向和模式下，从而提高激光器的输出效果。
四、电子控制系统钇元素激光技术的应用需要一个高效可靠的电子控制系统来实现激光器的控制和调节。
电子控制系统包括激光器的电源和温度控制、激光器的频率和功率稳定性控制等。
这些系统可以实现对钇元素激光器的精准控制，确保激光器的稳定性和可靠性。
五、光学镜片光学镜片是钇元素激光技术中的常见元件，用于调节和控制激光束的波前形状和光束发散度。
光学镜片可以是凹透镜、平行板、布儒斯特角棱镜等，通过反射、折射和散射的原理，能够改变激光束的传播方向和形状，满足不同加工需求。
六、冷却系统钇元素激光器的正常运行需要保持较低的温度，以避免过热和热效应对激光器性能的影响。
冷却系统主要通过循环水或者制冷剂来实现，能够有效控制激光器的温度，保持激光器的稳定性和长寿命。
综上所述，钇元素激光技术的必备材料包括钇铝石榴石晶体、氙灯、激光波导、电子控制系统、光学镜片和冷却系统等。
这些材料在激光器的制造、控制和操作过程中发挥着不可或缺的作用，是实现高效、稳定激光加工的重要保障。
掺钕钇铝石榴石晶体中存在的几种主要缺陷以及对晶体激光特性的影响
掺钕钇铝石榴石晶体中存在的几种主要缺陷以及对晶体激光特
性的影响
邓珮珍;乔景文;钱振英
【期刊名称】《硅酸盐通报》
【年(卷),期】1982(0)6
【摘要】掺钕钇铝石榴石晶体(简称YAG:Nd)因具有良好的物理化学性能,高的激光效率和激光破坏阈值、且无需电荷补偿而能掺入三价稀土和过渡元素激活或敏化离子等优点,直到现在仍然作为各种晶体激光器(连续、重复频率、脉冲、倍频、可调谐激光器)的最佳工作物质。
有关YAG:Nd晶体制备及性能测试方面的文献国外在1965—1970年间发表较多,以后则报导得很少。
但不论在国内外,到目前为止,由于YAG:Nd晶体制备上的困难,在晶体的质量方面还存在着很多问题。
【总页数】15页(P18-32)
【关键词】激光特性;晶面;面(晶体);晶种;籽晶;种晶;蜷线位错;晶体;粒子沉积;金属颗粒;位错应力场;杂质颗粒;应力双折射效应;主要缺陷
【作者】邓珮珍;乔景文;钱振英
【作者单位】中国科学院上海光学精密机械研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN2
【相关文献】
1.掺钕钇铝石榴石激光断线控制人工晶体术后角膜... [J], 刘奕志;李绍珍
2.不同焦点掺钕-钇铝石榴石(Nd:YAG)激光治疗对人工晶体损伤的观察 [J], 曾思明
3.钕钇铝石榴石（YAG）激光晶体内乳化术的应用 [J], 孙心钰;王燕琪
4.掺钕钇铝石榴石(Nd∶YAG)激光棒激光诱导色心吸收对1064nm激光输出的影响 [J], 薛学刚;张芳;赵海泉
5.雷生强式公司成功生长出世界上最大尺寸掺钕钇铝石榴石激光晶体 [J],
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YAG晶体(掺钕钇铝石榴石
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掺钕钇铝石榴石激光性质
18:36
Nd:YAG能级结构图
3
Nd:YAG的主要室温跃迁
相对连续工作阈值是与1.064μm波长比较得出的。
18:36
4
Nd:YAG的吸收光谱 (300K)
对激光有贡献的主要吸收带有五条，其中心波长和所对应的能级跃迁为 :
~0.53μm4I9/2→4G7/2+2G9/2 ~0.58μm4I9/2→4G5/2+2G7/2 ~0.75μm4I9/2→4F7/2+4S3/2 ~0.81μm4I9/2→4F5/2+2H9/2 ~0.87μm4I9/2→4F3/2
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11
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2
Nd:YAG能级结构
4F3/2为亚稳能级（激光上能级）。 4I13/2 、4I11/2和4I9/2都可作为激光下能级，4I9/2 为Nd:YAG的基态。当以4I11/2和4I13/2作激光下能级时，Nd:YAG为四能级系统， 若以4I9/2作激光下能级时：则Nd:YAG为三能级系统 。
✓ 既能做成中小功率和微片激光器，又能做成千瓦级高功率 固体激光加工机。
18:36
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Nd:YAG制备
将一定比例的Al2O3，Y2O3和Nd2O3熔化结晶而成 。制 备Nd:YAG晶体的主要方法是提拉法，按加热方法的不同分 为电阻加热和高频感应加热两种 。
Nd3+在YAG中的分凝系数为0.2，限制了Nd:YAG的生 长 速 度 。 对 Φ40mm 以 上 的 晶 体 ， 生 长 速 度 为 0.5~0.7mm·h-1
Nd:YAG 的组成和结构
掺钕钇铝石榴石（Nd3+:Y3Al5O12）常简写为Nd:YAG，是在作 为基质的钇铝石石榴石Y3Al5O12晶体中的部分Y3+被激活离子Nd3+取 代而形成的，Nd3+的含量约为1at%(原子百分比)，呈淡紫色。
激光晶体材料
激光晶体材料
激光晶体材料是一类具有特殊光学性能的固体材料，广泛应用于激光器、光通信、医学和军事领域。
激光晶体材料具有高光学均匀性、优异的光学性能和稳定的化学性质，因此备受关注和重视。
首先，激光晶体材料具有较宽的透明度范围，能够在可见光和红外光区域内实
现高效的光学放大。
其中，钇铝石榴石（YAG）晶体是一种典型的激光晶体材料，具有优异的光学性能和热学性能，被广泛应用于固体激光器中。
此外，掺杂稀土离子的激光晶体材料，如掺铬铝石榴石（Cr:YAG）、掺铥钇铝石榴石（Tm:YAG）等，也具有良好的激光性能，可用于激光加工、医学美容等领域。
其次，激光晶体材料还具有优异的光学非线性效应。
这些效应包括二次谐波产生、光学参量振荡、自聚焦效应等，为激光器的频率加倍、波长调谐和超快光学器件提供了可能。
某些非线性光学晶体材料，如β-硼酸钡（BBO）、钛酸锶钡（SBN）等，具有较大的非线性光学系数和宽的透明度范围，被广泛应用于光学通信、激光雷达和光学成像等领域。
此外，激光晶体材料还具有优异的光学稳定性和耐热性能。
在高功率激光器中，激光晶体材料能够保持良好的光学性能和稳定的光学特性，不易发生光学损伤和光学失真。
因此，激光晶体材料被广泛应用于激光切割、激光打标、激光焊接等高功率激光加工领域。
总的来说，激光晶体材料具有广阔的应用前景和市场潜力。
随着激光技术的不
断发展和完善，激光晶体材料将发挥越来越重要的作用，推动激光技术在各个领域的应用和发展。
相信随着科学技术的不断进步，激光晶体材料必将迎来更加美好的未来。
钇铝石榴石化学式
钇铝石榴石化学式钇铝石榴石（Yttrium Aluminium Garnet，简称YAG）是一种重要的无机晶体材料，其化学式为Y3Al5O12。
下面将对钇铝石榴石的特性、应用以及制备方法进行介绍。
钇铝石榴石是一种具有高熔点、高硬度和优异光学性能的晶体材料。
它具有良好的光学透明性，可在可见光和红外光区域内传播光线，并且具有较低的光学散射。
这使得钇铝石榴石成为一种重要的激光材料和光学器件材料。
此外，它还具有较高的抗辐照性能和化学稳定性，可用于核工业和航天航空等领域。
钇铝石榴石在激光器中的应用非常广泛。
它具有宽的光谱范围，可以发射可见光和红外光，因此被广泛应用于激光切割、激光打标、激光焊接、医疗美容等领域。
此外，由于钇铝石榴石具有较高的抗辐照性能和化学稳定性，还可用于激光核聚变、核物理研究等高能物理实验中。
制备钇铝石榴石的方法有多种。
常见的制备方法包括固相法、熔盐法和溶胶-凝胶法等。
固相法是通过高温烧结方法制备钇铝石榴石晶体，首先将钇氧化物和铝氧化物混合均匀，然后经过高温处理，使其反应生成钇铝石榴石晶体。
熔盐法是将钇氧化物和铝氧化物放入适当的熔盐中，通过高温熔融处理，然后冷却结晶得到钇铝石榴石晶体。
溶胶-凝胶法是将钇和铝的有机盐溶解在适当的溶剂中，形成溶胶，然后通过加热和干燥使其凝胶，最后经过烧结得到钇铝石榴石晶体。
钇铝石榴石的制备方法与材料的性能密切相关。
不同制备方法得到的钇铝石榴石晶体具有不同的晶体结构和性能。
例如，溶胶-凝胶法制备的钇铝石榴石晶体具有较高的纯度、均匀的颗粒分布和细小的晶粒尺寸，因此在光学器件中具有更好的光学性能。
而熔盐法制备的钇铝石榴石晶体则具有较大的晶粒尺寸和较高的抗辐照性能，适用于核工业和高能物理实验等领域。
钇铝石榴石是一种重要的无机晶体材料，具有优异的光学性能和较高的化学稳定性。
它在激光器、光学器件、核工业和高能物理实验等领域有着广泛的应用。
制备钇铝石榴石的方法多种多样，可以根据具体的需求选择合适的制备方法。
钇的晶体结构-概述说明以及解释
钇的晶体结构-概述说明以及解释1.引言1.1 概述钇（Yttrium）是一种化学元素，位于周期表的第39号位置，属于稀土金属。
它的晶体结构对于材料科学和工程领域具有重要的意义。
钇的晶体结构是指在原子尺度上，钇元素的原子如何排列形成晶体，这种排列规律将直接影响钇材料的物理性质和化学性质。
钇的晶体结构不仅在材料研究中具有广泛的应用，还在电子、光学、磁性等领域发挥重要作用。
本文将通过对钇的晶体结构进行深入探讨，探讨钇晶体的性质和应用，从而更全面地了解这种重要材料在科学和工程上的价值和潜力。
1.2 文章结构:本文将分为三个主要部分来讨论钇的晶体结构。
首先，在引言部分中，将对钇的晶体结构进行概述，介绍文章的结构和目的。
其次，在正文部分，将详细讨论钇的晶体结构概述，钇晶体的性质以及其应用领域。
最后，在结论部分，将对钇的晶体结构进行总结，探讨钇晶体的潜在发展，并得出结论。
通过这样的结构安排，可以全面深入地了解钇的晶体结构，为读者提供详尽的信息和思考。
1.3 目的本文旨在深入探讨钇的晶体结构，对钇晶体的各项性质和应用进行全面分析和概述。
通过对钇晶体结构的研究，我们可以更加深入地了解这种材料的特性，为其在各个领域的应用提供更有力的支持。
同时，也可以为钇晶体的潜在发展方向提供一些启示和建议，推动该材料在未来的科学研究和工程应用中发挥更大的作用。
通过本文的撰写，旨在为读者提供一个全面了解钇晶体结构的平台，促进相关领域的研究和发展。
2.正文2.1 钇的晶体结构概述钇是一种稀土金属元素，其晶体结构具有特殊的性质。
钇的晶体结构属于立方晶系，常见的晶体结构包括简单立方、面心立方和体心立方等。
在室温下，钇晶体的结构为面心立方，其中每个钇原子周围都有12个最近邻原子，形成一个密堆积的结构。
钇晶体具有较高的对称性和稳定性，使其在材料科学领域有着重要的应用价值。
钇的晶体结构具有一定的特殊性，其原子间距离相对较大，呈现出一定的空隙结构。
激光材料：打造高水平应用产业链
大学 。
维普资讯
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意义 ｌ 项 目研究内容 涉及到光 电子器件 的研 本 制， 高速集 成 电路芯片 的研 制 以及 光发 射机 、 光接 收机混合集成所 涉及的光路、 电路 、 芯片间耦 合 ， 结 构封装 等多方 面 ， 领域 技术 的研 究 。项 目的完 多
年 ）和 ８ ３计划 新材 料领域 “ 》 ６ 十一 五” 科技发 展 规划 ， 十一五 ” “ 期间 我国将 全 固态激光 器及 其应 用技 术 作为重 点项 目， 以全 固态激 光器件 与材 料研 究为 先导 ， 向激光 先进 制造技 术 、 面 激光 显 示技术 和激 光 医疗 的需求 ， 开拓 全 固态激 光器 及 其应 用技 术 的产业 应 用 ， 进材 料 与器 件研 究 优势 延 伸到 激光 促
器应 用优势 和产 业优 势 ， 在我 国造就 一个 高水 平的 全固 态激光 器产 业及其 应 用产业链 。
３ ｂ ｓ ０ Ｇ ／ 高速 率并 行光 发射 模块研 制
项 目简 介 ：０Ｇ ／ 的 高速 率 并 行 光 发 射模 ３ ｂｓ
块 主要 应 用 于 短距 离 （ ０ ３ ０米 内 ） 高 速 数 据 传 的
比方案 。模 块 的光源 采 用波 长为 ８ ０ ｍ 的 １ １ ５ｎ ×２ 垂直 腔面 发 射激 光 器 阵列 ，单 信道 传 输 速 率 在
２５ ｂｓ以上 ， 数 据传 输速 率 可达 ３ ｂｓ 在 ．Ｇ ／ 总 ０Ｇ ／。 本 成果 的研 究过 程 中 ， 主要解 决 了如下 的技 术难
的陶瓷 和光纤 ， 推动着 激光 技术新 一轮 的迅 猛发展 。与此 同时 ， 平均功 率 、 高 高光 束 质量 的 固体 激 光
钇铝石榴石( YAG)激光透明陶瓷研究进展
钇铝石榴石( YAG)激光透明陶瓷研究进展作者：谢志鹏，薄铁柱来源：《佛山陶瓷》 2011年第1期谢志鹏，薄铁柱摘要：钇铝石榴石（YAG）激光透明陶瓷由于具有单晶、玻璃激光材料无可比拟的优势而成为研究热点，并得到迅速发展，高性能的稀土元素掺杂YAG透明激光陶瓷被相继报导。
本文综述了近年来国内外关于YAG激光透明陶瓷的最新研究成果，主要包括YAG微细粉体合成、烧结添加剂及多晶YAG透明陶瓷的致密化烧结技术，并对比了YAG透明陶瓷相对于YAG单晶的优势，最后对YAG激光陶瓷的应用进行了展望。
关键词：激光透明陶瓷；钇铝石榴石；激光输出；烧结技术；应用1前言第一个透明激光陶瓷材料是在1966年由真空热压烧结制得的掺Dy的CaF2（Dy2+:CaF2）陶瓷，并实现激光振荡，激光波长是2.36μm。
随后在1973~1974年间C.Creskovich等又研制出Nd：Y2O3-ThO2透明激光陶瓷。
自80年代中期，人们开始重点关注和研究钇铝石榴石（YAG）掺Nd3+、Yb3+、Ln3+、Er3+、Tm3+等稀土离子的激光透明陶瓷材料与器件。
1984年，荷兰Philips研究实验室的DeWithG等采用硫酸钇和硫酸铝的混合溶液作为初始原料，利用喷雾干燥法制得YAG先驱体，先驱体在1300℃煅烧分解得到单相YAG粉末；以SiO2和MgO为烧结助剂，经冷等静压成形，在真空条件下于1800℃烧结出YAG透明陶瓷，其相对密度接近100%，透光率在50%~80%，随后SekitaM采用均相共沉淀法，以尿素作为沉淀剂制备出Nd3+:YAG粉末，用冷等静压成形和真空烧结工艺制得不同掺Nd3+量的YAG陶瓷，其中1%Nd:YAG陶瓷的光谱性能与采用提拉法以及区熔法生长出来的单晶几乎一致。
但上述在初期制备的Nd:YAG陶瓷由于存在大的背景吸收而没能获得激光输出，并且在许多性能上也不能与相应的Nd:YAG单晶和钕玻璃激光器相比。
直到1995年，日本科学家IKesueA等在透明激光陶瓷这一领域取得重要突破。
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8YSZ
La2Zr2O7 YAG
2700
2300 1950
5.90
6.05 4.55
11.5×10-6
9.1×10-6 9.1×10-6
2.1(1000 oC)
1.56(1000 oC) 3.0(1000 oC)
Al2O3(TGO)
NiCoCrAlY In738高温合金
2050
3.97
8×10-6
17.5×10-6 16×10-6
C.H.Townes A.M.Prokhorov
The Nobel Prize in Physics 1964
N.G.Basov
汤斯1954年在量子电子学研究中实现了氨分子的粒子数反转， 研制了微波激射器和激光器；普罗霍洛夫和巴索夫1958年几乎同 时在量子电子学的基础研究中，根据微波激射器和激光器原理研 4 制了振荡器和放大器。以上工作导致了激光器的发明。
8
天然石榴石：二价或三价金属离子的硅酸盐 通式： R32+R23+(SiO4)3
R2+：Ca2+, Mg2+, Mn2+, Fe2 R3+：Al3+, Fe3+, Cr3+
Y3Al5O12(YAG) 钇铝石榴石 Y3Fe5O12(YIG ) 钇铁石榴石
激光晶体 微波铁氧体
9
钇铝石榴石的晶体结构
1/8石榴石单胞结构 C位 A位
激 光 (Laser) （镭射）
—钱学森1963年提出
(Light Amplication by Stimulated Emission of Radiation) “辐射的受激发射光放大”
普通光源-----自发辐射 激光光源-----受激辐射
•激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后， 人类的又一重大发明。
2
激光发明的理论基础可以追溯到1917年，著名的物理学家爱因 斯坦在研究光辐射与原子相互作用的时候发现，除了受激吸收 和自发辐射跃迁过程外，还存在受激辐射跃迁过程。
1952年 美国马里兰大学的韦伯开始应用以上理论放大电磁波
一个尺度和波长可比拟的封闭的谐振腔； 利用自由电子与电磁场相互作用实现电磁波的放大和振荡。
7
种类：按工作方式分 连续式（功率可达104 W）
脉冲式（瞬时功率可达1014 W ） 按工作物质分 固体 液体（如某些染料） 气体（如He-Ne，CO2） 半导体（如砷化镓 GaAs）
（红宝石、Nd: YAG、Er: glass、Nd: GdVO4、Co: LaMgAl11O19)
迄今已实现激光振荡的不同基质-掺杂体系的工作物质有200 多种，但性能最好、使用最广泛的主要是红宝石、掺钕的钇 铝石榴石和钕玻璃三种。
24个十二面体中心间隙 16个八面体的中心间隙
Y3 Al2 ( AlO4 )3
24c 16a
D位
24个四面体的中心间隙
24d
10
Y2O3-Al2O3二元系统相图
11
钇铝石榴石的热物理性能
材料
六铝酸镧 熔点 (oC) 1928 密度 (g/cm3) 4.285 热膨胀系数(/K) (1000 oC) 10.7×10-6 热导率 (W/(m· K)) 1.2(25 oC) 2.2(1200 oC )
钇铝石榴石物理化学性能
12
钇铝石榴石的发光性能
Nd3+ : 4f35s25p6
Nd: YAG在1.06µm波段范围内的室温荧光光谱
Nd: YAG中Nd3+的能级结构
目前最常用的一类固体激光器：
窄的荧光谱线，强的荧光辐射适当的荧光寿命和吸收截面 良好的热学、化学和光照稳定性 机械性能好，易于加工研磨 不同掺杂浓度的YAG陶瓷的荧光寿命
激光器的发展历史及钇铝石榴石激光晶体
2010.12.08
科学发现：自然界已存在，人们自觉或不自觉发现以后再产 生理论，并加以证明和利用，如万有引力、电磁等； 科学发明：自然界（至少地球上的自然界）并不存在的事物， 但人们先从理论上推导、预测，然后再通过努力加以证明和 实现，如相对论、核衰变、核聚变等。
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谢
谢！
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1960年7月，世界第一台红宝石固态激 光器问世，标志了激光技术的诞生 美国休斯公司实验室梅曼演示 波长为694.3nm的激光
5
1961年 ⑴ 2月（A.Javan）研制成了 He-Ne混合气体激光器。 ⑵ 有人提出了Q调制技术， 制成第一台调Q激光器。 ⑶ 制成了钕玻璃脉冲激光器。 1962年美国三个研究小组几乎同时分别发布砷化镓 （GaAs）半导体激光器运转的报道。
1954年 美国汤斯(C.H.Towns)、苏联的巴索夫(N.G.Basov)和 普洛霍洛夫(A.M.Prokhorov) 抛弃了利用自由电子与电磁场的 相互作用实现电磁波的放大和振荡，利用原子或分子中的束缚 电子与电磁场的相互作用来放大电磁波。
1958年，汤斯和肖洛(Arthur L.Schawlow)抛弃了一个尺度和 波长可比拟的封闭的谐振腔，提出了利用尺度远大于波长的开 放式光谐振腔，实现了激光器的新思想。 布隆伯根(Nicolaas Bloembergen) 提出了利用光泵浦三能级原子系统实现原子数反 转分布的新构想。 3
仅1961—1962年间世界各国发表
的激光方面的论文达200篇以上。
6
1963年建立了激光的半经典理论。 对激光的频率特性和功率特性进行了比较完善的探讨。 1964年研制成 氩离子（Ar+）离子气体激光器 二氧化碳气体激光器 化学激光器（HF氟化氢） 掺钕的钇铝石榴石固体激光器 1965年实现了铌酸锂光学参量振荡器，借助 半经典理论预言了锁模效应的存在。 1966年研制成固体锁模激光器获得超短脉冲。 1970年研制成了准分子激光器。 1984年研制出光孤子激光器（SL）