光燦瑰麗的寶石自古以來就被人們視為珍寶，因而被帝王官宦看作是財富和地位的象征。寶石的化學(xué)主成分是α-Al2O3。當晶體中有不同金屬離子摻雜時，呈現(xiàn)出斑斕色彩，例如紅寶石（含鉻（Ⅲ），紅色），藍寶石（含F(xiàn)e(Ⅱ)/（Ⅲ）,Ti（Ⅳ）,藍色），綠寶石（含Cr（Ⅲ）/Ⅴ（Ⅲ），綠色），紫晶（含Cr（Ⅲ）/Ti（Ⅳ），紫色）以及有特殊光澤的黃晶（含F(xiàn)e(Ⅲ),黃色）。這些寶石中，許多已可借助高溫熔融技術(shù)進行工業(yè)制造。
20世紀60年代，名貴的紅寶石又成為重要的功能材料，與激光結(jié)下了不解之緣。
激光是20世紀的重大發(fā)明之一。1960年人們用紅寶石作為工作物質(zhì)振蕩激勵發(fā)射出激光，隨后又用氦、氖、二氧化碳等氣體以及半導(dǎo)體、染料等作為工作物質(zhì)實現(xiàn)了激光振蕩。激光具有能量密度高、相干性好和單色性極佳等特性。激光的能量密度比太陽表面高100億倍以上，聚焦后能產(chǎn)生幾萬度到幾百萬度的高溫，已應(yīng)用于對難熔金屬、高溫陶瓷、半導(dǎo)體、寶石、鉆石等材料的打孔、切割、焊接和熱處理。激光的譜線寬度極窄，紅寶石發(fā)出的激光波長為694.3nm，譜線寬度為0.01nm，而氦氖氣體激光器的譜線寬度僅為一億分之一納米。如此好的單色性使得激光成為一把標準的尺子用于長度的精密測量。激光的良好相干性已應(yīng)用于干涉度量、全息照相、光學(xué)信息處理等高新技術(shù)中。
用以產(chǎn)生激光的物質(zhì)叫做激光工作物質(zhì)，它是激光器的心臟。激光工作物質(zhì)可以是氣體、液體或固體。雖然已經(jīng)研制出上百種固體激光物質(zhì)，但實際使用中效果最好的主要是紅寶石、摻釹釔鋁石榴石、摻釹鋁酸釔和釹玻璃4種。
紅寶石是人類最早人工合成的晶體寶石材料。1891年法國人用氫氧火焰將摻有少量鉻的Al2O3粉末加熱熔化制得紅寶石。它是最早振蕩出激光的材料，激發(fā)用的光泵是氙燈，以脈沖方式工作。紅寶石受光脈沖激發(fā)300~500μs后產(chǎn)生激光脈沖，峰值功率達109~10W。釔鋁石榴石的化學(xué)組成為（Y3Al5O12），摻釹釔鋁石榴石連續(xù)激光器的最大輸出功率在1kW以上，重復(fù)頻率30次/s的巨脈沖輸出已達幾百MW。鋁酸釔（YAlO3）摻釹后作為激光工作物質(zhì)輸出1064.5nm的激光。釹玻璃是玻璃質(zhì)激光材料，其最大優(yōu)點是不像單晶那樣受晶體制備條件的嚴格限制，可以熔出尺寸大、光學(xué)均勻性良好的材料。用釹玻璃激光器作為引發(fā)核聚變反應(yīng)的強光源取得有效成果，引起人們的重視。用于核聚變試驗的大功率玻璃激光器脈沖寬度調(diào)節(jié)在1~6×10-10s，峰值最大輸出能量為350J時，功率密度達7×1016W·cm-2。它的不足是因?qū)嵝圆?，為防止受熱損壞應(yīng)注意有效的冷卻。
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