1965年貝爾電話實(shí)驗(yàn)室的L.F.Johnson等人用閃光燈泵浦Yb∶YAG晶體，當(dāng)時(shí)由于高的閾值(325J)和低的轉(zhuǎn)換效率未引起人們的重視；1967年，G.Burs等人報(bào)道了摻Y(jié)b3+離子的LiNbO3和LiTaO3晶體的光譜特性；1971年，A.R.Reinberg等人用GaAs∶Si LED泵浦Yb∶YAG晶體，在77K溫度下，獲得了1.029μm的脈沖激光輸出，峰值功率達(dá)0.7W，從而揭開了摻Y(jié)b3+激光晶體的研究序幕。1976年，G.A.Bogomolova等人將Yb3+作為激活離子摻入到Y(jié)AG和其它的石榴石結(jié)構(gòu)晶體中。但在這之后的相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間里，由于缺少更為有效的泵浦源，摻Y(jié)b3+激光晶體僅能在低溫下實(shí)現(xiàn)激光運(yùn)行，因此，對(duì)其研究?jī)H限于一些光譜特性的研究，而對(duì)激光性能的研究，則幾乎處于停滯狀態(tài)。進(jìn)入90年代，隨著高強(qiáng)的窄帶泵浦源InGaAs LD(輸出波長(zhǎng)為0.87～1.1μm)的發(fā)展和成本的降低，摻Y(jié)b3+激光晶體的研究風(fēng)起云涌。尤其是隨著激光二極管作為慣性約束核聚變擇優(yōu)泵浦源的出現(xiàn)和摻Y(jié)b3+激光材料在通信、軍事上的應(yīng)用潛力，更將摻Y(jié)b3+激光晶體的研究推向了高潮。許多國(guó)際著名的研究機(jī)構(gòu)，如美國(guó)的利夫莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LLNL)，林肯實(shí)驗(yàn)室(MIT)，休斯研究實(shí)驗(yàn)室；德國(guó)的斯圖加特大學(xué)，漢堡大學(xué)；英國(guó)的南安普敦大學(xué)，曼徹斯特大學(xué)；瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院；日本的大坂大學(xué)，福田大學(xué)等相繼開展了摻Y(jié)b3+激光晶體的研究，將其視為發(fā)展高效、高功率固體激光器的一個(gè)主要途徑，利夫莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室還希望將其用作慣性約束核聚變點(diǎn)火裝置中的增益介質(zhì)。在國(guó)內(nèi)，中科院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所，山東大學(xué)等單位也相繼開展了摻Y(jié)b3+激光材料的研究。目前，對(duì)其光譜和激光性能進(jìn)行了較全面研究的當(dāng)數(shù)Yb∶YAG晶體、Yb3+摻雜磷灰石結(jié)構(gòu)晶體和一些具有潛在自倍頻效應(yīng)的晶體。Yb∶YAG晶體由于具有優(yōu)良的光學(xué)、熱力學(xué)和機(jī)械性能，化學(xué)穩(wěn)定性好，可進(jìn)行較高濃度的摻雜等特點(diǎn)而成為摻Y(jié)b3+激光材料中的佼佼者。在Yb∶FAP和Yb∶S-FAP晶體中，由于FAP和S-FAP基質(zhì)能給Yb3+離子提供目前其它基質(zhì)無可比擬的晶場(chǎng)環(huán)境而產(chǎn)生最大的晶場(chǎng)分裂能，優(yōu)異的光譜性能使它具有閾值低，增益大，效率高和成本低等特點(diǎn)。因此，倍受人們青睞。Yb∶BaCaBO3F晶體由于具有潛在的自倍頻效應(yīng)而受到人們的關(guān)注。　

摻Y(jié)b3+激光晶體的特點(diǎn)

　　與其它的稀土激活離子相比，Yb3+離子具有如下特點(diǎn)：
　　(1)Yb3+為能級(jí)結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的激活離子，電子構(gòu)型為［Xe］4f13，僅有一個(gè)基態(tài)2F7/2和一個(gè)激發(fā)態(tài)2F5/2，兩者的能量間隔約為10000cm-1，在晶場(chǎng)作用下，能級(jí)產(chǎn)生斯塔克分裂，形成準(zhǔn)三能級(jí)的激光運(yùn)行機(jī)制；
　　(2)Yb3+吸收帶在0.9～1.1μm波長(zhǎng)范圍，能與InGaAs LD泵浦源有效耦合，且吸收線寬(FWHM)寬，無需嚴(yán)格的溫度控制即可獲得相位匹配的LD泵浦源的泵浦波長(zhǎng)；
　　(3)量子缺陷低，泵浦波長(zhǎng)與激光輸出波長(zhǎng)非常接近，這將導(dǎo)致大的本征激光斜率效率，理論上量子效率高達(dá)90%左右；
　　(4)由于泵浦能級(jí)*近激光上能級(jí)，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；
　　(5)不存在激發(fā)態(tài)吸收和上轉(zhuǎn)換，光轉(zhuǎn)換效率高；
　　(6)熒光壽命長(zhǎng)，為摻Nd3+同種激光材料的三倍多，長(zhǎng)的熒光壽命有利于儲(chǔ)能；
　　(7)在Yb3+摻雜濃度較高的情況下(Yb∶YAG晶體中Y3+的原子分?jǐn)?shù)可高達(dá)10%以上)，多數(shù)晶體不出現(xiàn)濃度猝滅現(xiàn)象。

　　從上述的特點(diǎn)可以看出：LD泵浦的Yb3+激光器在某些應(yīng)用上將明顯優(yōu)于Nd3+激光器。在摻Y(jié)b3+激光材料中，由于可實(shí)現(xiàn)Yb3+離子的高濃度摻雜，因此增益介質(zhì)可做成微片，這是一些傳統(tǒng)的稀土離子所做不到的。這對(duì)實(shí)現(xiàn)LD泵浦的固體激光器的集成化、小型化和結(jié)構(gòu)緊湊將具有十分重要的意義。

摻Y(jié)b3+激光晶體的光譜特性

　　激活離子在晶體基質(zhì)中的光譜特性能預(yù)測(cè)晶體的激光性能，光譜參數(shù)是指導(dǎo)激光器件設(shè)計(jì)的基本參數(shù)之一。激光晶體的光譜特性通常用下列參數(shù)衡量：吸收截面、吸收線寬、發(fā)射截面、發(fā)射線寬、熒光壽命和熒光量子效率等。在摻Y(jié)b3+激光晶體的光譜特性研究中，由于Yb3+離子簡(jiǎn)單的能級(jí)結(jié)構(gòu)特征，人們通常采用倒易法(Reciprocity Method)計(jì)算Yb3+離子的受激發(fā)射截面(σem)，用F-L公式(Fuchtbauer-Ladenburg)計(jì)算輻射壽命(τem)，并與實(shí)測(cè)的熒光壽命進(jìn)行比較以確定其準(zhǔn)確性。