稀土在鐳射材料中的應用

稀土具有其他材料難以比擬的光電磁性能，被廣泛應用於電子、新能源、環境保護等新興領域，常用的稀土材料有稀土發光材料、拋光材料、永磁材料、儲氫 材料等，特別是第三代高性能釹鐵硼永磁材料已成為風力發電、節能電梯、節能環保空調、新能源汽車、EPS等各節能環保細分產業鏈上游的重要一環。據預測， 我國2012年~2014年高性能釹鐵硼的需求年均增速在25%以上，到2014年總需求量將增長至3.2萬噸左右，市場規模可達170億元以上。

由於具有特殊的光電磁性質，稀土是研製開發各種新型功能材料的“寶庫”，正不斷派生新的高科技產業。

稀土發光材料是彩色電視和各種顯示器不可缺少的發光體，也是製造三基色節能燈和金屬鹵化物燈等現代綠色照明光源的必需材料。稀土長餘輝螢光粉具有白天吸收陽光，夜晚能自動發光的本領，用做鐵路公路標誌、街道和建築物標牌等夜間顯示，既方便節能，又有裝飾美化效果。

目前大約90%的鐳射材料都涉及稀土，在國際上已商品化的45種鐳射材料中，稀土鐳射材料就占30多種，已被廣泛用於光通訊、精密加工、醫療和軍事技術等領域。

激 光晶體是由晶體基質和啟動離子組成。鐳射晶體的鐳射性能與晶體基質、啟動離子的特性關係極大。目前已知的鐳射晶體，大致可以分為氟化物晶體、含氧酸鹽晶體 和氧化物晶體三大類。啟動離子可分為過渡金屬離子、稀土離子及錒系離子。目前已知的約320種鐳射晶體中，約290種是摻入稀土作為啟動離子的。可見稀土 在發展鐳射晶體材料中的重要作用。

在稀土元素中已實現鐳射輸出的有Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb共 11個三價離子和Sm、Dy、Tm三個二價離子。稀土的鐳射性能是由於稀土離子的4f電子在不同能級之間的躍遷而產生的。由於很多稀土離子具有豐富的能級 和他們的4f電子的躍遷，使稀土成為鐳射晶體不可缺少的啟動離子，為高新科技提供了很多性能優越的高功率、LD泵浦、可調諧、新波長等摻稀土鐳射晶體。高 功率摻稀土鐳射晶體主要有摻釹釔鋁石榴石(Nd：YAG)、摻釹鋁酸釔(Nd：YAP)、摻鋁釓稼石榴石(Nd：GGG)和摻釹鋁酸鎂鑭(Nd：LMA) 等。其中，Nd：YAG最重要，應用最廣，用量最大。國外早已投入生產，在美國Nd：YAG晶體已經商品化，新產品品質穩定，佔領國際大部分市場。可調諧 鐳射晶體同樣很引人注目。利用Ce離子的寬頻躍遷，從Ce：YLF和Ce：LaF3等晶體中獲得可調諧的紫外鐳射。目前最為有效的和可連續調諧的紫外鐳射 晶體是Ce：LiCAF、Ce：LiSAF。

在稀土啟動離子中常用的是Nd離子，它輸出波長為1.06μm。多年來人們一直在進行新波長 鐳射晶體的探索工作。其中比較成功並獲得實際應用的有摻Er和Ho的鐳射晶體。這些晶體輸出的波長對人眼安全，大氣傳輸特性好，對戰場的煙霧穿透能力強， 保密性好，適合軍用。而且其波長容易被水吸收，更適合於鐳射醫療，在表面脫水和生物工程等方面，也將獲得應用。目前我國對Ho：Cr：Tm：YAG、 Er：YAG和Ho：Er：Tm：YLF已有小批量試製能力，但末形成批量產品。


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