激光是20世紀以來，繼原子能、計算機、半導體之后，人類的又一重大發明，被稱為“最快的刀”、“最準的尺”、“最亮的光”。光是從組成物質的原子中發射出來的，原子獲得能量后處于不穩定狀態，也就是激發狀態，它會以光子的形式把能量發射出去。而激光，就是被引誘激發出來的光子隊列，這光子隊列中的光子，光學特性一樣，步調極其一致。
激光的發射原理及產生過程的特殊性決定了激光具有普通光所不具有的特點：即三好（單色性好、相干性好、方向性好）一高（亮度高）。
（1）單色性好：普通光源發射的光子，在頻率上是各不相同的，所以包含有各種顏色。而激光發射的各個光子頻率相同，因此激光是最好的單色光源。
由于光的生物效應強烈地依賴于光的波長，使得激光的單色性在臨床選擇性治療上獲得重要應用。此外，激光的單色特性在光譜技術及光學測量中也得到廣泛應用，已成為基礎醫學研究與臨床診斷的重要手段。
（2） 相干性好：由于受激輻射的光子在相位上是一致的，再加之諧振腔的選模作用，使激光束橫截面上各點間有固定的相位關系，所以激光的空間相干性很好。激光為我們提供了最好的相干光源。正是由于激光器的問世，才促使相干技術獲得飛躍發展，全息技術才得以實現。
（3）方向性好：激光束的發散角很小，幾乎是一平行的光線，激光照射到月球上形成的光斑直徑僅有1公里左右。而普通光源發出的光射向四面八方，為了將普通光沿某個方向集中起來常使用聚光裝置，但即便是最好的探照燈，如將其光投射到月球上，光斑直徑將擴大到1000公里以上。
（4）亮度高：激光的亮度可比普通光源高出1012～1019倍，是目前最亮的光源，強激光甚至可產生上億度的高溫。激光的高能量是保證激光臨床治療有效的最可貴的基本特性之一。利用激光的高能量還可使激光應用于激光加工工業及國防事業等。
激光與稀土激光材料是同時誕生的。到目前為止，大約90%的激光材料都涉及到稀土。自從1960年在紅寶石中出現激光以來，同年就發現用摻釤的氟化鈣(CaF2:Sm2+)可輸出脈沖激光。1961年首先使用摻釹的硅酸鹽玻璃獲得脈沖激光，從此開辟了具有廣泛用途的稀土玻璃激光器的研究。1962年首先使用CaWO4:Nd3+晶體輸出連續激光，1963年首先研制稀土螯合物液體激光材料，使用摻銪的苯酰丙酮的醇溶液獲得脈沖激光，1964年找出了室溫下可輸出連續激光的摻釹的釔鋁石榴石晶體（Y3Al5O12:Nd3+），它已成為目前獲得了廣泛應用的固體激光材料，1973年首次實現銪-氦的稀土金屬蒸氣的激光振蕩。由此可見，在短短的十多年里，稀土的固態、液態和氣態都實現了受激發射。在激光工作物質中，稀土已成為一族很重要的元素。這都與它具有特殊的電子組態、眾多可利用的能級和光譜特性有關。
稀土激光材料可分為固體、液體和氣體三大類。但后兩大類由于其性能、種類和用途等遠不如固體材料。所以一般說稀土激光材料通常是指固體激光材料。固體材料分為晶體、玻璃和光纖激光材料，而激光晶體又占主導地位。
（1）稀土晶體激光材料，目前已知約有320種激光晶體，主要是含氧的化合物或含氟的化合物，其中約290種是摻入稀土作為激活離子的，即稀土激光晶體約占90.6%，稀土中已實現激光輸出的有Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm和Yb等，盡管激光晶體很多，但重要的只有數十種，而實用的更少。
（2）稀土玻璃激光材料 在玻璃中可產生激光的稀土激活離子比在晶體中少，目前已知有Nd、Er、Ho、Tm等三價離子。稀土玻璃激光材料的優點是：易于制備，利用熱成型和冷加工工藝可制得不同大小尺寸和形狀的玻璃，靈活性比晶體大，既可拉成直徑小至微米的纖維，又可制成幾厘米直徑和幾米長的棒或圓盤。稀土玻璃是目前輸出脈沖能量最大、輸出功率最高的固體激光材料，用這種激光材料制成的大型激光器用于熱核聚變的研究中。
（3）稀土上轉換激光材料，目前實現的激光波長主要是紅和紅外波段，極缺藍和綠激光波段，使激光的發展和應用受到影響。除倍頻技術使長波長的激光轉變為短波長激光外，近年來，人們利用發光學中的反斯托克斯效應，大力發展上轉換激光材料，并使之達到實用化、商品化。
（4） 稀土光纖激光材料，隨著集成光學和光纖維通迅的發展，需要有微型的激光器和放大器。90年代起，信息高速公路對信息的傳輸提出了更高的要求，多媒體技術要求能同時傳送圖、文、聲、像，而且是高度清晰的聲、像。信息高速公路要達到象樣的高速，一般的光纖通信技術傳送信息的速度差之甚遠，希望能以超高速、超長距離方式傳送信息需要跨越許多技術上的障礙，其中之一就是如何補充在長距離傳送過程中光衰減的能量。所以光信號直接放大就成為尚待解決的課題。其中摻鉺的光纖放大器能直接放大光信息，進行大容量、長距離通信，使光纖通信取得長足發展。
稀土材料是現在激光應用系統的心臟，也是現在激光技術應用的基礎。兩者的結緣使得現在的軍事、通訊、醫療材料加工、信息儲存、科研、檢測、防偽領域廣泛采用現在的激光應用技術，讓現在激光應用技術走進現在生產生活的眾多方面。
像現在光纖激光打標機中的激光器就采用稀土作為增益介質，所以在泵浦光的作用下光纖內極易形成高功率密度，造成激光工作物質的激光能級“粒子數反轉”，當適當加入正反饋回路（構成諧振腔）便可形成激光振蕩輸出。
2017款高精度光纖激光打標機
高精度光纖激光打標機具有光束質量好，體積小、速度快、工作壽命長、安裝靈活方便以及免維護等特點。同時還性能穩定，體積小巧，耗電量小，無高電壓無需龐大的水冷系統（僅需約300W），光束質量高，接近理想光束。可以集成電路芯片、電腦配件、工業軸承、鐘表、電子及通訊產品、航天航空器件、各種汽車零件、家電、五金工具、模具、電線電纜、食品包裝、首飾、煙草以及軍用事等眾多領域的圖形和文字進行精細化標記，而且還可以大批量生產線作業。
隨著激光技術的飛速發展，作為“工業維生素”的稀土，在激光應用領域中的應用將會更加緊密。
來源：稀土化合物與應用 |
中文版
ENGLISH
