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鄒小姐：13326633089 -
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激光（Laser），是一種自然界原本不存在的，因受激而發出的，具有方向性好、亮度高、單色性好和相干性好等特性的光。它具有普通光完全不具備的四大特性：方向性好、亮度高、單色性好、相干性好，使其在各個技術領域中都有著大量的應用。
激光技術的(de)一個(ge)重(zhong)要發展方向是高平均功率(lv)(lv)、高峰值功率(lv)(lv)的(de)固體激光器，而固體激(ji)光器的核心是(shi)固(gu)體激光工作物(wu)質。目前常(chang)用的固體激光基質材料主要有三種：玻璃、單(dan)晶(jing)和(he)陶瓷，其中(zhong)“陶瓷”更受高功率激光器的青睞。這是因為高功率會產生熱梯度，而熱梯度又會導致光束畸變或熱雙折射，從而影響激光束的質量，因此有著低熱膨脹系數、低折射率的陶瓷材料是非常理想的激光工作物質。
圖片(pian)來源：sspopov / shutterstock. Com
其實(shi)在(zai)過(guo)去，一(yi)些高性能、組分較復(fu)(fu)雜(za)(za)的(de)(de)(de)陶瓷(ci)是無法在(zai)激(ji)光技術中(zhong)得到應(ying)用(yong)的(de)(de)(de)，而且會因為稀土金屬在(zai)陶瓷(ci)（特(te)別(bie)是摻雜(za)(za)陶瓷(ci)）中(zhong)的(de)(de)(de)組成不同、和坩堝的(de)(de)(de)相(xiang)互作用(yong)、相(xiang)變和溶解性差等問(wen)題使其他應(ying)用(yong)都會受到影響。不過(guo)這些都是過(guo)去了(le)(le)，如今加工(gong)技術的(de)(de)(de)進步提供了(le)(le)多種(zhong)可(ke)行的(de)(de)(de)透明陶瓷(ci)合成方法，制備的(de)(de)(de)陶瓷(ci)材料表(biao)面呈(cheng)單(dan)晶(jing)(jing)狀，原(yuan)子(zi)水平上呈(cheng)多晶(jing)(jing)，晶(jing)(jing)界(jie)干凈、微薄(bo)，沒有(you)(you)氣(qi)孔(kong)，沒有(you)(you)雜(za)(za)質，陶瓷(ci)高度透明，非常適合產生激(ji)光束。而且還可(ke)以摻雜(za)(za)不同的(de)(de)(de)稀土元素，制成各種(zhong)復(fu)(fu)雜(za)(za)的(de)(de)(de)形狀，大大增加了(le)(le)其實(shi)用(yong)性。
綜合看來，目前激光陶瓷主要有如下的優點：
①制備時間短，燒(shao)結(jie)裝置無需(xu)貴(gui)金屬材料，燒(shao)結(jie)無需(xu)在高純保(bao)護性(xing)氣(qi)氛下進(jin)行，制備成(cheng)本低；
②可以制備(bei)大(da)尺(chi)寸，形狀復(fu)雜的材料；
③陶(tao)瓷中摻(chan)雜粒(li)子濃度高，從(cong)整體(ti)上看(kan)摻(chan)雜粒(li)子的分(fen)布均勻；
④陶瓷(ci)燒(shao)結(jie)的溫度比晶體的熔點低許多(duo)，制備出(chu)的陶瓷(ci)其(qi)組份偏離小；
⑤陶瓷(ci)能夠做成多(duo)層材料進行燒結，有可能發展出(chu)多(duo)功能陶瓷(ci)。
相比之下，玻璃基質(zhi)雖然(ran)能得到大尺寸樣品(pin)，但(dan)其熱導率(lv)太(tai)低，很難(nan)實現大功(gong)率(lv)激光器；單(dan)晶(jing)的熱導率(lv)要比玻璃高，但(dan)是單(dan)晶(jing)生長周期(qi)長，成本昂(ang)貴(gui)，很難(nan)獲(huo)得高品(pin)質(zhi)、大尺寸的晶(jing)體。
激光陶瓷的種類都(dou)有哪些？
激光(guang)(guang)陶(tao)(tao)瓷的(de)(de)(de)(de)制備是在一定(ding)的(de)(de)(de)(de)溫度(du)和環境氣(qi)氛下將納(na)米級(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)粉體(ti)(ti)燒結，使粉體(ti)(ti)顆(ke)粒凝(ning)結變成晶粒結合體(ti)(ti)，由多孔體(ti)(ti)變成致(zhi)(zhi)密體(ti)(ti)。在陶(tao)(tao)瓷中，激活離(li)子(zi)隨機分(fen)(fen)布在晶粒的(de)(de)(de)(de)內(nei)部與表面，沒有(you)明顯的(de)(de)(de)(de)偏聚現象，激活離(li)子(zi)受(shou)到的(de)(de)(de)(de)晶場(chang)作用(yong)、激活離(li)子(zi)的(de)(de)(de)(de)能(neng)級(ji)(ji)結構(gou)、激活離(li)子(zi)的(de)(de)(de)(de)電子(zi)能(neng)級(ji)(ji)躍(yue)起等類似于晶體(ti)(ti)中的(de)(de)(de)(de)情況。有(you)鑒于此(ci)，對應(ying)于晶體(ti)(ti)分(fen)(fen)類，激光(guang)(guang)陶(tao)(tao)瓷的(de)(de)(de)(de)分(fen)(fen)類大致(zhi)(zhi)可以(yi)分(fen)(fen)為：氧(yang)化(hua)物陶瓷(ci)、氟化(hua)物陶瓷(ci)（包(bao)括Ⅱ-Ⅵ族化合物陶瓷）、金屬酸化物陶瓷等三類。
美國Lawrence Livermore國家實驗室的研究人員利用日本Konoshima化學公司生產的Nd:YA G透明激光陶瓷板條研制出高功率全固態熱容激光器
氧化物陶瓷類(lei)似于(yu)晶體，其(qi)硬度、脆性等機(ji)械性能(neng)好，熱傳導率高，化學性能(neng)穩定，適合于(yu)稀土離子（Ln3+）和過渡(du)金屬(shu)離(li)子（TM3+、TM4+）摻(chan)雜，是(shi)非常重(zhong)要(yao)的基(ji)質材料(liao)。晶粒具(ju)有立方結構(gou)的氧化(hua)物陶瓷中，典(dian)型代表是(shi)人工(gong)(gong)石榴(liu)石和一些倍半氧化(hua)物。人工(gong)(gong)石榴(liu)石包括釔鋁石榴(liu)石（Y3Al5O12→YAG）、釔鈧鋁石(shi)榴石(shi)（Y3ScAl4O12→YSAG）和釓鎵石(shi)榴石(shi)（Gd3Ga5O12→GGG）等(deng)，在前兩種基質(zhi)中(zhong)已摻雜(za)了(le)Nd3+、Er3+、Yb3+、Tm3+、Cr4+等離(li)子，并實現了激光振(zhen)蕩，摻這(zhe)些離(li)子的YAG陶瓷目前也已獲得了商業應用。立方結構的倍半氧化物陶瓷有Y2O3、Lu2O3、Sc2O3、YGdO3等，它們是一些(xie)難以進行單(dan)晶生長的高熔點(dian)激光陶瓷，在(zai)這(zhe)些(xie)基質中已摻(chan)雜了(le)Nd3+或(huo)Yb3+離子(zi)并實現(xian)了激(ji)光(guang)振蕩，這些激(ji)光(guang)陶瓷在(zai)物理化學(xue)性能(neng)、激(ji)光(guang)性能(neng)等方(fang)面，有(you)表現(xian)優于YAG陶瓷的地方，在高功率激光和超短脈沖應用上有很大的潛力。
迄今(jin)已(yi)報道(dao)的氟(fu)化物激光(guang)陶瓷(ci)還只有摻鏑(di)的氟(fu)化鈣（Dy2+:CaF2），激光波長(chang)是(shi)2.36μm，它也是最早研究的激光陶瓷。Ⅱ-Ⅵ族化合物激光陶瓷目前也只有摻鉻的硒化鋅（Cr2+:ZnSe）被報(bao)道，它在中(zhong)紅外有(you)一(yi)個(ge)寬(kuan)的(de)可(ke)調(diao)諧波(bo)段（2000～3100nm范圍），未(wei)來在高分(fen)辨率(lv)光譜、醫療、激(ji)(ji)光雷(lei)達(da)、光參(can)量振蕩(dang)器(qi)OPO中(zhong)有(you)重要(yao)應用。對金屬酸化物激(ji)(ji)光陶瓷的(de)研究(jiu)還(huan)沒見報(bao)道。
但無論(lun)怎(zen)么說，科技一直在進步，相信隨著(zhu)激光陶瓷的(de)(de)研究(jiu)范圍的(de)(de)擴大與(yu)深入，一定(ding)會(hui)不斷有(you)比前人(ren)更好的(de)(de)激光陶瓷材料出世，最終使固體激光器(qi)得(de)到更加廣(guang)泛(fan)的(de)(de)應用。
資(zi)料(liao)來源：
激(ji)光(guang)陶瓷———固體激光工作物質探索的新熱點，劉頌豪。
國內外(wai)透(tou)明激光陶(tao)瓷的研究現狀，李先學，邱國彪，羅小銘，蘇士杰，陳義祥。
透明激(ji)光陶(tao)瓷(ci)的發展(zhan)現狀及未來趨(qu)勢分(fen)析(xi)，陳晶，楊(yang)付(fu)，高憲娥，周志鵬。
What are Ceramic Laser Materials and How Have they Developed，Liam Critchley.
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