本文总结了YAG陶瓷激光器和倍半氧化物陶瓷激光器在高功率激光、超快激光以及中红外激光领域中的研究成果。通过回顾陶瓷激光器的研究进展,不仅揭示了激光陶瓷材料在固体激光器中的应用价值,还探讨了陶瓷激光器目前所面临的问题。最后对陶瓷激光器的未来发展方向做出展望。

理论设计了二极管端面抽运Nd:YAG复合陶瓷板条, 制作了双浓度掺杂的Nd:YAG复合陶瓷板条。当二极管总抽运功率为18.06 kW时, 通过双程放大提取了7.08 kW的激光功率, 光光转换效率高达39.2%, 单程传输的退偏振约为3.2%。实验结果表明, Nd:YAG复合陶瓷板条对提高板条激光器的输出功率和减小退偏振具有显著的效果。

用电子束蒸发技术在晶体及激光陶瓷两种基底上沉积了氧化铪（HfO2）单层膜，采用掠角X射线衍射（GIXRD）技术和纳米划痕仪对薄膜的晶向结构和力学特性进行了研究。实验结果表明，HfO2薄膜在单晶晶体和多晶陶瓷基底上均呈现多晶态结构，均呈（020）面择优生长，陶瓷基底上薄膜的择优取向更明显。膜基结合较差的晶体-HfO2体系上薄膜的衍射峰较多，膜基结合较好的陶瓷-HfO2体系上薄膜的衍射峰较少。对比两个基底和其上薄膜的X射线衍射(XRD)结果发现，晶体基底的单晶结构与其上薄膜的多晶结构晶态差异较大，导致其膜基间有较大的残余应力，所以其膜基结合力也较差，这种弱结合力导致基底对薄膜的束缚作用较小，其上薄膜具有更多的衍射峰；陶瓷基底的多晶结构与其上薄膜的多晶结构差异较小，导致其上薄膜的择优生长更强，更有效地消除了残余应力，所以陶瓷-HfO2体系的膜基结合力较晶体-HfO2体系好，这种较强的结合力限制了薄膜向更多HfO2晶向的发展，其上薄膜衍射峰较少。

介绍了激光氧化铝陶瓷基板划片的基本原理，由三维固体中的热传导微分公式描述激光与材料的热过程，对激光加工的氧化铝陶瓷基板表面的损伤阈值进行了计算分析。利用相干公司400 W 的E400 射频CO2激光器、IPG 公司YLR-150/1500-QCW-AC 150 W 准连续型光纤激光器搭建了激光加工平台，对1 mm 厚度内的96%氧化铝陶瓷基板进行了切割和划片加工实验。实验中，通过在陶瓷基板表面涂抹吸收剂，利用氮气作为辅助气体，解决了光纤激光器在连续波模式下加工时由于氧化铝陶瓷高反特性出现的切割和划片断点问题。实验表明，当光纤激光器工作在准连续波模式时，实现了无需对陶瓷表面进行涂吸收剂处理，直接用空气作为辅助气体对1 mm 厚度内96%氧化铝陶瓷基板的切割和划片。

采用氨水共沉淀法制备了Nd∶YAG激光陶瓷前驱粉体，并在其中分别加入助烧剂SiO2和CaCO3。利用XRD、SEM及荧光光谱分析了不同助烧剂对Nd∶YAG激光陶瓷前驱粉体烧结活性的影响。XRD测试结果表明，助烧剂SiO2和CaCO3不能促进Nd∶YAG激光陶瓷前驱粉体的结晶。SEM照片观察发现，SiO2的助烧效果较好，能促进Nd∶YAG激光陶瓷前驱粉体的烧结，增加了前驱粉体的烧结活性，并且通过荧光光谱分析发现，助烧剂不改变Nd3+的4F3/2—4I11/2荧光发射。

采用固相反应烧结法制备透明Nd∶YAG激光陶瓷。研究了助烧剂对Nd∶YAG 微观结构和透过率的影响。当助烧剂SiO2的添加量w(SiO2)＝0.3%～0.8%时, 样品具有较好的微观结构, SiO2 添加量w(SiO2)＝0.5%时, 波长1 064 nm处的透过率为68%。同时添加MgO与SiO2助烧剂时, 可进一步改善微观结构和增加透过率, MgO添加量w(MgO)＝0.5%时, 波长1 064 nm处的透过率可达到75%。此外, 通过比较干压成型和等静压成型方式发现, 采用等静压成型方式可获得更好的微观结构和透过率。

报道了通过键合Yb∶YAG激光陶瓷来强化Cr,Yb∶YAG自调Q微片激光器激光性能的研究结果。实现了Yb∶YAG/Cr,Yb∶YAG自调Q微片激光器的激光输出。当吸收抽运功率为7.1 W时获得了0.53 W的自调Q激光输出，对应的光光转换效率为7.5%。在实验中获得了脉冲能量大于25 μJ、脉冲宽度小于3 ns、峰值功率高达9 kW的自调Q激光脉冲输出。同时研究了输出耦合镜透射率对Yb∶YAG/Cr,Yb∶YAG自调Q微片激光器激光性能的影响。

以Y2O3 、Yb2O3和Er2O3为原料，控制溶液的pH值为3~4，采用溶胶-凝胶法制备出Er、Yb:Y2O3多晶粉体。对所得到的粉体进行XRD测试，结果表明最佳煅烧温度为1 000 ℃,并且晶化完全。经过差热-热重分析表明，粉体在1 000 ℃煅烧后不再失重。荧光光谱分析发现，荧光发射的最强峰位于1 530 nm处，是Er3+ 4I13/2-4I15/2谱项导致的荧光发射。