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光电子行业调查报告

1、光电子材料按其功能，一般可分为以下7类：

(l)发光(包括激光)材料;

(2)光电显示材料;

(3)光存储材料;

(4)光电探测器材料;

(5)光学功能材料;

(6)光电转换材料;

(7)光电集成材料。

其中，发展重点将主要集中在激光材料、红外探测器材

料、液晶显示材料、高亮度发光二极管材料、光纤材料等.。

2.激光晶体材料

1960年T.H.Maiman研制成功了世界上第一台红宝石

(Cr3+:Al2O3)脉冲激光器。随后，人们对激光晶体材料进行了

广泛的研究，研究的主要目的是收集有关激光晶体的光谱和受

激发射特性，确定究竟哪些类型的激光晶体能提高激光效率。

为此，大量合成了一些有科学和应用价值的有序化合物和无序

化合物晶体以作为激光基质，然后再掺入激活离子。

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当前激光晶体材料向着大尺寸、高功率、LD泵浦、宽带

可调谐以及新波长、多功能应用方向发展。激光晶体中以

Nd:YAG最成熟，应用最广，产量最大。

2.1Nd:YAG及Yb:YAG晶体材料

得到广泛应用的钇铝石榴石(YAG)是一种综合性能(包括：

光学、力学和热学)优良的激光基质。Nd:YAG称为掺钕钇铝石

榴石(Nd3+:Y3Al5O12，Nd:YAG)，是于1965年前后从数百种激

光新晶体中优选出来的。20世纪70年代在国际上完成了

Nd:YAG晶体生长条件的研究，80年代研制成功的较大尺寸的

Nd:YAG晶体走向工业生产，90年代采用自动化晶体生长设

备，批量生产出Ф70mm~Ф100mm大尺寸Nd:YAG晶体，使得采

用单棒和多棒串联组合体系的千瓦级Nd:YAG激光器得到了发

展。

因为Nd:YAG具有较高的热导率和抗光伤阈值，同时3价

钕离子取代YAG中的钇离子无须电荷补偿而提高激光输出效

率，使它成为用量最多、最成熟的激光材料。此外，为了寻找

新的激光波长，对YAG基质进行了Er，Ho，Tm，Cr等的单独

或组合掺杂，获得了数种波长的激光振荡。

Nd:YAG是理想的四能级激光器。引上法制备的Nd:YAG因

单晶激光棒的增益高、机械性能好而得到广泛应用。Nd3+的离

子半径为0.104nm，Y3+的离子半径为0.092nm，因为空间位置

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效应，YAG晶体中Y3+不易被Nd3+所取代，故Nd3+在钇铝石榴

石中的分凝系数比较小，约为0.15~0.20。Nd3+浓度的集中使

该区域形成化学应力，导致中心区域的折射率高于周围区域

的，成分的差异也引起相应热膨胀系数的差异。此外，用提拉

法生长单晶周期长(约几周)，晶体的生长方式限制了晶体的生

长尺寸，也限制其潜在的输出功率。

长期以来，人们一直在寻求替代材料，如：含钕玻璃或微

晶玻璃等，但其性能均不及Nd:YAG单晶材料。自上世纪60

年代，人们发现某些致密透明多晶材料(陶瓷)在某些性能上与

同材质单晶材料相近，甚至可以取代单晶材料。由于陶瓷制备

技术的优点，克服单晶材料的一些缺点，使产品不仅具有尺寸

大，生产效率高，成本低的特点，而且掺钕量可远高于单晶体

的，使其激光输出功率大。用新工艺制造出的陶瓷激光介质，

因其散射损耗小和高效的激光振荡而引起广泛关注。因此，

Nd:YAG陶瓷有望取代单晶材料而成为大型高功率固体激光器

的工作物质。

在1965年贝尔实验室首次获得了Yb:YAG激光，但由于闪

光灯泵浦条件下Yb:YAG晶体的高阈值和低转换效率，并未引

起人们的重视。1971年采用GaAs:Si发光二极管为泵浦源，

在77K温度下获得了Yb:YAG在1029nm的脉冲激光输出，峰值

功率达0.7W，表明此类晶体的激光性能主要取决于泵浦条

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件。80年代末至90年代，随着InGaAs激光二极管性能的发

展和成本的降低，开始寻求适于激光二极管泵浦条件下的激光

晶体，而掺Yb3+激光材料由于具有以下特点而受到了广泛的

重视。