1960年,梅曼先生发明了首台激光器,掀开了激光技术研发和应用的新篇章。60年来,激光技术发展迅速,在激光武器、激光医疗、激光显示等关系国家安全和国民经济的众多领域中发挥了不可或缺的作用。激光技术的重要物质基础是固体激光材料。新激光材料的出现或新性能的研发可以带动激光技术的进步进而开拓新的应用领域,是激光技术中一个传统而又前沿的重要方向,特别是在当前光电技术飞速发展的时代,固体激光材料的探索和性能开发的重要性凸显。 固体激光材料是激光技术发展的基石,自1960年梅曼先生发明首台激光器以来,激光技术在各个领域中的应用已经变得至关重要。激光器的性能和创新很大程度上依赖于所采用的固体激光材料。这些材料的特性,如波长、稳定性、效率和可调谐性,决定了激光器在激光武器、激光医疗、激光显示等领域的具体应用。 激光与物质的相互作用是激光应用的核心,不同类型的固体激光材料因其独特的物理和化学性质,能够满足特定的激光需求。例如,超强、超快、超窄线宽、超高重复频率以及新波段的激光器需要新型的激光晶体、陶瓷、玻璃和聚合物等材料。近年来,新型激光材料如微腔、微片、纳米材料、光子晶体和微纳光纤的出现,推动了激光技术的革新,引领了国际学术界的关注。 中国的固体激光材料研究具有鲜明的特色,如系列“中国牌”非线性光学晶体在全球范围内处于领先地位,对学科发展起到了推动作用。例如,我国成功生长的全球最大口径钛宝石晶体,支持了10拍瓦(PW)激光系统的建设;KBBF系列深紫外晶体确保了我国多台重大科学仪器的研制;大尺寸LBO和YCOB晶体对OPCPA技术的进步有显著贡献;自倍频绿光和黄光激光晶体的商品化展示了复合功能晶体的实用性;铌酸锂类光子“芯片”在量子通信领域扮演着核心角色;大尺寸YAG晶体/陶瓷和激光光纤为激光武器研发提供了关键材料;功能玻璃及微晶玻璃为下一代激光显示技术奠定了基础。 随着科技的快速发展,固体激光材料面临着更高的要求。激光医疗需要新波长的激光材料以满足健康需求;先进制造中的激光加工技术则需要解决高能量脉冲光纤激光的问题,这涉及到高损伤阈值和低非线性响应的增益玻璃的研发;微纳激光材料对于高集成度和可穿戴光电设备的发展至关重要;而量子通信中关键器件和系统性能的提升,也需要固体激光材料的不断创新和功能扩展。 面对这些挑战,科研工作者正利用机器学习优化设计固体激光材料的理念和技术,通过材料基因库实现按需设计,借助人工智能简化材料设计和制备过程,从而推动固体激光材料的探索、制备和应用走向深入。《激光与光电子学进展》推出的“固体激光材料”专题,汇集了激光晶体、光纤、玻璃、非线性调制晶体、微纳增益材料等领域的最新研究成果,旨在促进学术交流,推动产业发展,为“固体激光材料”的未来发展注入更多活力。
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