透明激光陶瓷是在近年來蓬勃發(fā)展起來的新型激光材料，當(dāng)前市場(chǎng)上激光材料以Nd:YAG（釹釔鋁石榴石）單晶和釹玻璃為主。Nd:YAG單晶具備熱導(dǎo)率高、化學(xué)穩(wěn)定性和可工性好的特性，是目前應(yīng)用廣泛的固體激光介質(zhì)，因其受到雜質(zhì)分凝系數(shù)及尺寸的限制，存在輸出功率小和發(fā)光效率低等缺點(diǎn)，從而妨礙了單晶的應(yīng)用，而透明YAG多晶陶瓷具有易制造、成本低、尺寸大、摻雜濃度高、熱導(dǎo)率高、耐熱沖擊性好，可大批量生產(chǎn)、易實(shí)現(xiàn)多層和多功能的陶瓷結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，可作為一種性能優(yōu)良的激光介質(zhì)使用，從而彌補(bǔ)單晶作為激光工作物質(zhì)的不足，是一種極有潛力的新型固體激光材料。
激光陶瓷作為21世紀(jì)激光材料的研究熱點(diǎn)之一，直到1995年日本才首次制備出高透明的Nd:YAG陶瓷，該材料在制備技術(shù)和材料性能等方面都具有單晶、玻璃激光材料無可比擬的優(yōu)勢(shì)而受到極大的關(guān)注，激光輸出功率和激光效率都迅速提升。國(guó)內(nèi)于2006年5月由中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所科研人員首次實(shí)現(xiàn)了1.0at%Nd:YAG透明陶瓷的激光輸出。
激光透明陶瓷有望取代晶體的地位，成為應(yīng)用最廣泛的激光材料之一。這主要是由于激光陶瓷的制備采用了成熟的陶瓷生產(chǎn)方法，具有非常明顯的成本優(yōu)勢(shì)，另外，還有一些優(yōu)勢(shì)是單晶難以具備的。綜合看來，激光陶瓷相比于晶體主要有如下的優(yōu)點(diǎn)：
①陶瓷的制備時(shí)間短，燒結(jié)裝置無需貴金屬材料，燒結(jié)無需在高純保護(hù)性氣氛下進(jìn)行，制備成本低；
②陶瓷可以制備成多種形狀，制備大尺寸的陶瓷是其制備方法固有的優(yōu)勢(shì)；
③ 陶瓷中摻雜粒子濃度高，從整體上看摻雜粒子的分布均勻；
④ 陶瓷燒結(jié)的溫度比晶體的熔點(diǎn)低許多，制備出的陶瓷其組份偏離??；
⑤陶瓷能夠做成不同形狀或者多層材料進(jìn)行燒結(jié)，有可能發(fā)展出多功能陶瓷。
激光陶瓷與玻璃比較，前者優(yōu)勢(shì)更為明顯，這是由于激光陶瓷的熱導(dǎo)率、硬度、機(jī)械強(qiáng)度等性能與晶體相當(dāng)或優(yōu)于晶體，而玻璃激光工作物質(zhì)的主要不足就在這些方面。
1.激光陶瓷的技術(shù)難點(diǎn)
陶瓷作為一種多晶材料，其內(nèi)部的晶界、氣孔、晶格的不完整性都會(huì)導(dǎo)致材料的不透明并增加光散射損失，從而影響激光的產(chǎn)生。綜合來看，透明激光陶瓷制備的難點(diǎn)在于兩個(gè)方面：
①透光性。這主要受材料內(nèi)部氣孔率、晶界結(jié)構(gòu)、晶粒尺寸、原料純度等影響。
②均勻性。這一點(diǎn)受原料粉體粒度分布、成型坯體均勻性以及燒結(jié)工藝等影響。
其中激光陶瓷在透光性上出現(xiàn)的光學(xué)損耗主要是由于光學(xué)散射和光學(xué)吸收引起的。光學(xué)吸收涉及光能向其它性質(zhì)能量的轉(zhuǎn)變，而光學(xué)散射則不涉及能量轉(zhuǎn)換，僅改變光傳播方向。因此，光學(xué)損耗中心的控制是制備高質(zhì)量激光陶瓷的關(guān)鍵。需要對(duì)光學(xué)散射、吸收中心形成機(jī)理的深入研究，并提出了抑制光學(xué)損耗的有效方法。
解決以上問題，再在采用高純?cè)贤庹{(diào)變?cè)戏垠w粒度分布、優(yōu)化成型工藝和燒結(jié)工藝上多下功夫，制備出大尺寸、性能優(yōu)異的透明激光陶瓷材料就要容易許多。
2.透明激光陶瓷的戰(zhàn)略意義
激光技術(shù)對(duì)于經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和國(guó)家安全具有極其重要的戰(zhàn)略意義，而激光材料是激光技術(shù)發(fā)展的核心和基礎(chǔ)。作為新一代固體激光材料—透明激光陶瓷，對(duì)國(guó)家安全和國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重大意義，是陶瓷材料研究領(lǐng)域結(jié)構(gòu)功能一體化的典范。大尺寸、低光學(xué)散射損耗激光陶瓷的研究具有很強(qiáng)的前瞻性、關(guān)鍵性與基礎(chǔ)性，不僅對(duì)材料科學(xué)發(fā)展意義重大，而且對(duì)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展也具有重要意義。