激光材料是激光技術(shù)發(fā)展的核心和基礎，具有里程碑的意義和作用： 20世紀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、超快和超強激光已成為可能，飛秒(fs)激光科學技術(shù)蓬勃發(fā)展、并滲透到各個基礎研究和應用學科領域；90年代礬酸釔晶體(Nd：YV04）固體激光的發(fā)展進入新時期一全固態(tài)激光科學技術(shù)(SSDPL，Solid-state LDPumped Laser)；??進入新世紀，上世紀60年代初出現(xiàn)的激光和激光科學技術(shù)，正以其強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40年之久的Nd：YAG發(fā)出強有力的挑戰(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，并實現(xiàn)商業(yè)化，因其增益高、熱性能和機械性能良好而成為當前科研、工業(yè)、醫(yī)學和軍事應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90年代前，閃光燈泵浦的Nd：YAG激光晶體獨占熬頭，單根棒的輸出功率可達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：
      (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具有好的熱機械性能、化學穩(wěn)定性、高的熱導率，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驗室LD泵浦的Nd：GGG激光器的平均輸出功率已經(jīng)達到10kW，在2004年又突破30kW，預期到2007達到一個脈沖100kW，每秒200個脈沖．作為戰(zhàn)略武器級的Nd：GGG熱容激光器，其功率必須達到100kW以上．目前所生長的晶體尺寸還沒有達到戰(zhàn)略武器級的需要．按照美國利弗莫爾國家實驗室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)展固體強激光的前提和基礎．
       作為輕便型的激光器，必須實現(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：

      (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，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90年代初，許多國際著名研究機構(gòu)如美國的Lawrence Livermore National Laboratory(LLNL)、林肯實驗室(MIT)、德國斯圖加特大學和JENA大學、瑞士聯(lián)邦工學院、英國南安普敦大學、法國LULl實驗室、日本大阪大學和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，美國林肯實驗室(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)達到4kW．國內(nèi)，上海光機所于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實驗室聯(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，基本達到國際同等水平．但是，Yb：YAG晶體是一種準三能級激光系統(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轉(zhuǎn)．為此，尋找新的基質(zhì)晶體或通過結(jié)構(gòu)、組成設計獲得低閾值、高效率的摻Y(jié)b激光介質(zhì)是一個主要的研究方向．