1引言
激光材料是激光技术发展的核心和基础，具有里程碑意义和作用，特别是激光晶体在激光技术发展的各个关键阶段均起了举足轻重的作用：20世纪60年代第一台红宝石(Cr:A1203)晶体激光器问世，激光诞生[1];20世纪70年代掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)晶体诞生[2]，固体激光开始大力发展；20世纪80年代,掺钛蓝宝石(Ti:A1202)晶体的出现使超短、超快和超强激光成为可能，飞秒激光科学技术蓬勃发展并渗透到各基础和应用学科领域[3]；20世纪90年代研制的掺钕矾酸钇(Nd:YV04)晶体[4]，使固体激光器的发展进入新时期―全固态激光科学技术。进入新世纪，激光和激光科学技术正以其强大的生命力推动着光电子技术和产业的发展，激光材料也在单晶、玻璃、光纤、陶瓷等四方面全方位迅猛展开，如微―纳米级晶界、完整性好、制作工艺简单的多晶激光陶瓷[5]和结构紧凑、散热好、成本低的激光光纤[6]，正在向占据激光晶体首席地位达40年之久的Nd:YAG发出强有力的挑战。
成为世界先进制造业、信息战略目标，实现该目标的关键之一是必须能提供基础性的激光材料及其元器件，我国在科研、先进制造业、能源、医疗、国防等众多领域亦将拥有规模巨大的激光及其元器件的应用市场需求。但是目前的现状是：1)高技术含量、高附加值的激光器基本从国外进口；2)军用“杀手锏”激光武器仍然处于跟踪、模仿阶段，其中主要原因之一是我国对激光器的核心和基础―激光材料的基础研究薄弱，总体上仍然摆脱不了”跟”的状态；3)高能强激光武器，超短、超快和超强激光及其在科学技术中的应用，与LD抽运全固态激光等三个方向已列入我国《国家中长期科学和技术发展规划》。特别“惯性约束聚变点火工程(2020年)”已确定为《国家中长期科学和技术发展规划》的16项重大专项之一。
围绕激光和光电子产业中的关键性、基础性、带动性技术―激光材料的基础科学问题进行系统研究，对我国未来高技术产业和国防建设有“不受制于人”的重大战略意义和现实意义。为此，2005年11月15～16日第66期东方科技论坛《晶态和非晶态激光材料及其应用战略》在上海召开，包括8位院士在内的近40位全国范围内激光材料领域的精英专家和激光、激光工程专家一致呼吁：把激光材料的基础科学研究作为国家科技发展战略目标之一，国家和地方各部门加大科研投入，发挥我国在晶体生长工艺等方面的优势，并联合起来，以期在若干前沿和关键领域取得突破。
2 激光晶体的现状和发展趋势
至今，实用化的激光晶体已从最初的几种基质材料发展到数十种，并在各个方面获得了实际应用。但就其应用范围来说，主要有“三大基础激光晶体”，即掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)、掺钕矾酸钇(Nd:YV04)和掺钛蓝宝石(Ti:Al203)晶体。其中,中、高功率激光应用方面主要是Nd:YAG，低功率小型化激光应用主要在Nd:YV04，可调谐、超快激光应用主要是Ti:Al203。在以上“三大基础激光晶体”及其相关材料方面，我国科学家在过去40余年中也取得了重要成果：如色心YAG[8-9]、“黄棒 Ce, Nd:YAG[10]、Cr4+,Yb:YAG[11-12]；Ti:Al203温梯法晶体生长技术[13-14]和Nd:YV04晶体生长技术突破等[15]。特别是我国Nd:YV04晶体生长技术的突破是对国际激光技术的重大贡献[4]。色心YAG晶体(后被确认为Cr4+:YAG)已被国际上广泛应用于各类1um波段激光的被动调Q开关，在激光打标、测距和加工等领域获得实际应用，它的发现、发表和应用要比俄罗斯和美国科学家早五年以上[16-17]。
纵观激光晶体材料的应用现状和发展前景，今后激光晶体的主要发展趋势是迫切发展如下4个方面（见图1）。并将取得突破和实际应用：1)面向全色显示、光存储、光刻等应用的蓝绿紫和可见光激光晶体；2)面向人眼安全、遥感、光通讯、医疗等应用的中红外激光晶体；3)面向先进制造技术、“新概念”激光武器等应用的1µm波段高功率、大能量激光晶体；4)LD抽运超快激光增益和放大介质晶体。
下面分别作简要评述：
1)面向全色显示、光存储、光刻等应用的蓝绿紫和可见光激光材料。目前实现该波段激光均采用间接手段(非线性倍频)，至今尚未有合适的材料，但预计将首先在光纤或晶体中实现高效上转换激光输出。
2)面向人眼安全、光通讯、医疗、遥感等应用的中远红外激光材料。1.55µm的铒玻璃和掺Er、Tm、Ho的2µm波段医疗用晶体激光已实用化，但更高效率的LD抽运1.55µm、2µm和3∼5µm波段的新晶体和光纤材料是中红外激光发展的瓶颈。
3)面向先进制造技术、“新概念”激光武器等应用的(1µm波段)高功率、大能量激光材料。以石榴石(Nd:YAG、Yb:YAG)晶体和陶瓷为主，还有Nd:GGG晶体和Yb―玻璃光纤。与Nd:GGG相比，Nd:YAG在热性能和物化性能方面性能卓越，如其热透镜效应仅是Nd:GGG的1／2；热应力极限
下，Nd:YAG的激光输出理论值比Nd:GGG高出1／3。如能突破Nd:YAG晶体生长中心无应力集中区―即“核芯”区，意义将十分重大，可避开美国利弗莫尔(LLNL)国家实验室的“高能量猝发固体热容激光器”专利[18]，且技术路线好于Nd:GGG。2006年3月，LLNL用LD抽运的Nd:YAG陶瓷激光器实现输出功率67kW，这是目前国际上最高功率的固体热容激光明[19]。2004年，德国Trumpf公司的Yb:YAG圆盘激光器的输出功率已经达到6kW。国内：上海光机所于1995年前后在国内率先开展Yb:YAG晶体研究[20-21]，并与法国LULI实验室联合正在发展LD抽运Yb:YAG平均输出千瓦级、100J(纳秒)的LUCIA激光系统，2005年实现Nd:YAG大于2kW输出。2005年清华大学LD抽运Yb:YAG晶体获得大于lkW的连续激光输出[22]。2006年中国工程物理研究院也已报道LD抽运Nd:YAG固体热容激光输出超过3kW。上海硅酸盐所对激光陶瓷的研究始于2000年，最近在国内首次实现激光输出[23]。
按照LLNL热容激光武器方案，其功率必须达到100kW以上，Nd:YAG晶体或陶瓷的直径至少必须Ф160mm以上。所以，大直径优质激光晶或陶瓷是发展高能强激光的瓶颈。
4)LD直接抽运超快激光增益和放大介质晶体。飞秒激光以其特有的超短脉冲、高峰值功率和宽光谱等特点，在超快光谱学、微电子加工、生物医疗、光钟、计量、全息、高容量和高速光通讯等众多领域具有广泛的潜在应用(图2所示) [24]。20世纪90年代发展起来的基于钛宝石晶体的飞秒激光器是目前可以获得最短脉冲、使用最多的超快激光装置。然而，钛宝石振荡源或放大级需要的532nm抽运源具有体积大、电效率低特别是价格昂贵等缺点，限制了其作为商用飞秒激光器向便携式、低成本方向的发展，制约了其作为工业和民用产品广泛推广和应用。
可以预测，随着具有更加优异综合性能基质晶体的出现，考虑到超快激光器在超微细加工、生物医疗等方面应用的独特优势，全固态超快激光器不但在科研，而且必将实现工业化技术上的突破。
以上四个方向中，高功率、大能量全固态激光晶体材料和DPL超快激光晶体材料又是覆盖其他方向、带有共性基础科学问题的关键方向，而关于高功率、大能量全固态激光晶体材料已在前文中做了综述评估[25]。
