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，當前市場上激光材料以Nd:YAG（釹釔鋁石榴石）單晶和釹玻璃為主。Nd:YAG單晶具備熱導率高、化學穩(wěn)定性和可工性好的特性，是目前應用廣泛的固體激光介質，因其受到雜質分凝系數(shù)及尺寸的限制，存在輸出功率小和發(fā)光效率低等缺點，從而妨礙了單晶的應用，而透明YAG多晶陶瓷具有易制造、成本低、尺寸大、摻雜濃度高、熱導率高、耐熱沖擊性好，可大批量生產(chǎn)、易實現(xiàn)多層和多功能的陶瓷結構等優(yōu)點，可作為一種性能優(yōu)良的激光介質使用，從而彌補單晶作為激光工作物質的不足，是一種極有潛力的新型固體激光材料。

激光陶瓷作為21世紀激光材料的研究熱點之一，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)勢而受到極大的關注，激光輸出功率和激光效率都迅速提升。國內于2006年5月由中國科學院上海硅酸鹽研究所科研人員首次實現(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，另外，還有一些優(yōu)勢是單晶難以具備的。綜合看來，激光陶瓷相比于晶體主要有如下的優(yōu)點：

①陶瓷的制備時間短，燒結裝置無需貴金屬材料，燒結無需在高純保護性氣氛下進行，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；

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 陶瓷燒結的溫度比晶體的熔點低許多，制備出的陶瓷其組份偏離小；

⑤陶瓷能夠做成不同形狀或者多層材料進行燒結，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)勢更為明顯，這是由于激光陶瓷的熱導率、硬度、機械強度等性能與晶體相當或優(yōu)于晶體，而玻璃激光工作物質的主要不足就在這些方面。

1.激光陶瓷的技術難點

陶瓷作為一種多晶材料，其內部的晶界、氣孔、晶格的不完整性都會導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在于兩個方面：

①透光性。這主要受材料內部氣孔率、晶界結構、晶粒尺寸、原料純度等影響。

②均勻性。這一點受原料粉體粒度分布、成型坯體均勻性以及燒結工藝等影響。

其中激光陶瓷在透光性上出現(xiàn)的光學損耗主要是由于光學散射和光學吸收引起的。光學吸收涉及光能向其它性質能量的轉變，而光學散射則不涉及能量轉換，僅改變光傳播方向。因此，光學損耗中心的控制是制備高質量激光陶瓷的關鍵。需要對光學散射、吸收中心形成機理的深入研究，并提出了抑制光學損耗的有效方法。

解決以上問題，再在采用高純原料外調變原料粉體粒度分布、優(yōu)化成型工藝和燒結工藝上多下功夫，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

激光技術對于經(jīng)濟社會發(fā)展和國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發(fā)展的核心和基礎。作為新一代固體激光材料—透明激光陶瓷，對國家安全和國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重大意義，是陶瓷材料研究領域結構功能一體化的典范。大尺寸、低光學散射損耗激光陶瓷的研究具有很強的前瞻性、關鍵性與基礎性，不僅對材料科學發(fā)展意義重大，而且對高技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展也具有重要意義。