稀土液体激光材料的优化途径

稀土离子Eu3+、Tb3+、Gd3+和Nd3+在某些液体中可产生激光。稀土液体激光物质的光谱特征是宽吸收带和线状发射带，与在玻璃中的情况相同。稀土液体激光材料不如固体激光材料应用更为普遍，这是因为溶剂的高频振荡会引起激发电子态的非辐射弛豫。稀土液体激光材料可分为两类：一类是使用稀土螯合物的有机液体激光材料；另一类是使用非质子溶剂的稀土无机液体激光材料。

3.8.3.1　稀土螯合物有机液体激光材料

20世纪60年代中期，国外就对稀土的β二酮螯合物的发光及用作液体激光工作物质进行过较多的研究，Lempicki等对一些常用的稀土螯合物激光物质的配件、阳离子的溶剂等作了较为全面的综述。目前，可用作稀土螯合物有机液体激光材料的稀土离子有三价的Eu3+、Tb3+、Gd3+和Nd3+。1963年最先使用的大部分是Eu3+的β二酮类的螯合物，如苯酰丙酮（BA）、二苯酰甲烷（DBM）、噻吩酰基三氟丙酮（TTA）、三氟乙酰丙酮（TFA）和苯三氟丙酮（BTFA）等。

在稀土螯合物中，稀土离子与一些有机基团或配体配合，所以它在许多有机溶剂中是可溶的。当有机配体吸收了光泵的能量后，被激发至单态，再将能量转移至它的三重态。当此三重态的能级位置高于稀土激活离子的激发态时，则可将能量传递给稀土离子，使稀土离子发光。与在玻璃基质中的情形一样，当改变配体或阳离子时，跃迁发射波长发生微小的位移。大部分的稀土螯合物激光材料都是在低温操作。其中有Eu（BTA）4-乙腈体系可在室温输出激光，波长为0.612μm。含铽的液体激光材料如Tb（TFA）3-二氧六环（P-D或乙腈）、含钆的液体激光材料如Gd（TTA）3-（α，α′-联吡啶）-乙腈以及含钕的液体激光材料均有报道。由于这类激光材料中含有原子量很轻的氢及其易于振动而耗能，导致阈值很高，以及有机物对光泵过强的吸收不易获得大的发射功率，因此含有氢或低原子量的溶剂不宜用作激光工作物质。(www.xing528.com)

3.8.3.2　稀土无机液体激光材料

为降低稀土液体激光材料的阈值，在化合物中必须不含振动频率高的原子，于是人们探索了含有重原子的非质子溶剂作为液体激光材料。钕在无机液体激光体系中的吸收光谱和荧光光谱类似于非晶态的钕玻璃，都具有宽的谱带，吸收截面比在玻璃中还大，量子效率也很高。由于采用了稀土液体激光材料具有容易制备、成本低廉等优点。

利用一般化学实验室中的玻璃器皿即可进行稀土的溶解和蒸馏脱水等操作，制得澄清透明、光学质量良好的液体激光材料。并可利用液体循环的方法使液体激光材料冷却，从而可清除光泵时在材料内所产生的大量的热，这是固体激光材料不易解决的问题。这类激光材料的缺点是，目前所用的POCl3体系的毒性和腐蚀性仍很大，循环泵的材料只能用镍和聚四氟乙烯等，不易加工；使用玻璃泵又易破损，而且所有这些非质子溶剂都易与水作用，由于水解后的溶液中含有原子量轻的氢原子，其高能振动使激光性能消失，故要求严格的气密以防止水分进入。此外，液体的折射率随温度的变化较大，一般比固体大100～1000倍。当管内的液体激光材料被光泵的强光照射后，由于产生不均匀的温度梯度而使液体的光学性质变差，发生热畸变，其效应相当于形成一个透镜而发生自聚焦，由于上述缺点而限制了它们的广泛应用。