激光材料是激光技術(shù)發(fā)展的核心和基礎(chǔ)，具有里程碑的意義和作用： 20世紀(jì)60年代第一臺紅寶石晶體激光器問世，激光誕生，70年代摻釹釔鋁石榴石(Nd：YAG)[引，固體激光開始大力發(fā)展；80年代鈦寶石晶體(Ti：A1203)，超短、超快和超強(qiáng)激光已成為可能，飛秒(fs)激光科學(xué)技術(shù)蓬勃發(fā)展、并滲透到各個基礎(chǔ)研究和應(yīng)用學(xué)科領(lǐng)域；90年代礬酸釔晶體(Nd：YV04）固體激光的發(fā)展進(jìn)入新時期一全固態(tài)激光科學(xué)技術(shù)(SSDPL，Solid-state LDPumped Laser)；??進(jìn)入新世紀(jì)，上世紀(jì)60年代初出現(xiàn)的激光和激光科學(xué)技術(shù)，正以其強(qiáng)大的生命力推動著光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，激光材料也在單晶、玻璃、光纖和陶瓷等四方面全方位迅猛展開，如微一納米級晶界，完整性好、制作工藝簡單的微晶激光陶瓷和結(jié)構(gòu)緊湊、散熱好、成本低的激光光纖，正在向占據(jù)激光晶體首席達(dá)40年之久的Nd：YAG發(fā)出強(qiáng)有力的挑戰(zhàn)，激光材料也已從最初的幾種基質(zhì)材料發(fā)展到數(shù)十種，受到各國政府、科學(xué)界乃至企業(yè)界的高度重視．

      Nd：YAG的出現(xiàn)使得固體激光器真正開始大力發(fā)展，并實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，因其增益高、熱性能和機(jī)械性能良好而成為當(dāng)前科研、工業(yè)、醫(yī)學(xué)和軍事應(yīng)用中最重要的固體激光器．特別是在高功率連續(xù)和高平均功率固態(tài)激光器方面，20世紀(jì)90年代前，閃光燈泵浦的Nd：YAG激光晶體獨(dú)占熬頭，單根棒的輸出功率可達(dá)kW量級．隨著激光二極管(LD)的迅速發(fā)展，大功率激光器的泵浦方式也有重大發(fā)展．LD泵浦激光器的高效率、高質(zhì)量、長壽命、高可靠性、小型化以及全固化等優(yōu)越性是燈泵無法相比的． 1993年，LD泵浦的Nd：YAG板條已獲得1．05kW的平均輸出功率。

      通過基質(zhì)晶體中陽離子置換形成的Nd：GGG激光晶體，與Nd：YAG比較具有如下優(yōu)點(diǎn)：
      (1)Nd3+在GGG中的分凝系數(shù)為0．5，是YAG(0．18)的近三倍；

      (2)Nd：GGG的平界面生長較Nd：YAG的凸界面更容易獲得大尺寸、高質(zhì)量的單晶體．而且，由于Nd：GGG具有好的熱機(jī)械性能、化學(xué)穩(wěn)定性、高的熱導(dǎo)率，是新一代戰(zhàn)略武器級高功率固體熱容激光器的優(yōu)選工作物質(zhì)．2003年，美國利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室LD泵浦的Nd：GGG激光器的平均輸出功率已經(jīng)達(dá)到10kW，在2004年又突破30kW，預(yù)期到2007達(dá)到一個脈沖100kW，每秒200個脈沖．作為戰(zhàn)略武器級的Nd：GGG熱容激光器，其功率必須達(dá)到100kW以上．目前所生長的晶體尺寸還沒有達(dá)到戰(zhàn)略武器級的需要．按照美國利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室Nd：GGG熱容激光武器方案，晶體的直徑至少在咖160mm以上．所以，大直徑優(yōu)質(zhì)激光晶體是發(fā)展固體強(qiáng)激光的前提和基礎(chǔ)．
       作為輕便型的激光器，必須實(shí)現(xiàn)LD泵浦下的全固化．但是，Nd：YAG和Nd：GGG在808nm的吸收峰線寬僅lnm，而典型LD輸出線寬達(dá)3nm，且發(fā)射波長存在o．2一o．3nm／oC的溫度系數(shù)．因此，采用LD泵浦Nd：YAG時，為了提高泵浦效率，使LD的輸出波長正好對準(zhǔn)Nd：YAG的吸收峰，需要使用額外的制冷裝置控制LD的工作溫度．為此，國際上掀起了探索適于LD泵浦的高效率、寬吸收帶激光晶體的研究熱潮． Yb3+與Nd3+相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

      (1)能級結(jié)構(gòu)簡單，高濃度摻雜不產(chǎn)生熒光猝滅；

      (2)與晶場耦合作用強(qiáng)，具有寬得多的吸收峰線寬，LD泵浦下無需要溫度控制系統(tǒng)；

      (3)前者的熒光壽命一般為后者的4倍，更有利于儲能；

      (4)量子缺陷較低，無輻射弛豫引起的材料中的熱負(fù)荷低，僅為摻Nd3+同種激光材料的三分之一．因此，LD泵浦的Yb：YAG固體激光器的輸出功率很快就趕上了在固體激光器領(lǐng)域一直占壟斷地位的Nd：YAG，從最初的23mW增加到千瓦量級。從上世紀(jì)90年代初，許多國際著名研究機(jī)構(gòu)如美國的Lawrence Livermore National Laboratory(LLNL)、林肯實(shí)驗(yàn)室(MIT)、德國斯圖加特大學(xué)和JENA大學(xué)、瑞士聯(lián)邦工學(xué)院、英國南安普敦大學(xué)、法國LULl實(shí)驗(yàn)室、日本大阪大學(xué)和HOYA公司等都紛紛開展了Yb激光器件的研究，將其視為發(fā)展高功率激光的一個主要途徑．國外，1991年，美國林肯實(shí)驗(yàn)室(MIT)首次在室溫下采用InGaAs二極管泵浦Yb：YAG晶體獲得23mW連續(xù)激光輸出．2004年，Yb：YAG圓盤激光器的輸出功率已經(jīng)達(dá)到4kW．國內(nèi)，上海光機(jī)所于1997年在國內(nèi)首次獲得了400mW的連續(xù)激光輸出112,13J，并與法國LULI實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合正在發(fā)展LD泵浦Yb：YAG平均輸出kw級、100J(ns)的LUCIA激光系統(tǒng)．2005年，清華大學(xué)采用2000W的LD泵浦Yb：YAG晶體獲得了520W的連續(xù)激光輸出．最近，又首次在國內(nèi)獲得了1000W的激光輸出，基本達(dá)到國際同等水平．但是，Yb：YAG晶體是一種準(zhǔn)三能級激光系統(tǒng)，室溫下激光下能級(一612cm以)的熱布居比例為4．2％．因此，Yb：YAG具有較高的泵浦閾值功率，且激光性能受溫度的影響很大，必須通過冷卻晶體獲得高效率的激光運(yùn)轉(zhuǎn)．為此，尋找新的基質(zhì)晶體或通過結(jié)構(gòu)、組成設(shè)計獲得低閾值、高效率的摻Y(jié)b激光介質(zhì)是一個主要的研究方向．