CN1007856B - 掺质铝酸镁镧及用其单晶的激光器 - Google Patents

掺质铝酸镁镧及用其单晶的激光器

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Abstract

一种混合镧系镁铝酸盐的单晶可以用作波长范围很宽的激光发射器。该铝酸盐的通式如下：(La1-xTrx)1-y-vMg1-z-tAl11-u+y+2z/3CruO19-t-3v/2式中Tr代表(a)至少一种从镧系元素、Y+3、Sc+3中选出的单个三价物质，或(b)至少由一种二价元素和一种三价元素形成的一对镧系元素；0≤x＜1；0≤y+v≤0.4；0≤z+t＜1；0＜u＜2。

Description

本发明涉及混合镧系镁铝酸盐的单晶，该种单晶可用于微型激光器中的集成透镜、光导纤维、电讯或医学（如微形手术，皮肤处理），可用于能发射红外光或可见光的具有一定程度可调谐的大功率激光器以及在可见光范围内可调谐的大功率激光器，更具体地说，这使它能进行对材料的处理（如焊接、打孔、打标志、表面处理）、进行光学反应、可控制热核聚变，或者能使如氦一类气体的原子发生极化。
本发明的某些激光器可发射波长为1054、1082及1320毫微米的谱线并具有一定程度的可调谐性，另外一些激光器可发射1.5至3微米范围内的谱线，以及还有其它一些激光器在680至800毫微米之间可调。
已知的混合镧系镁铝酸盐，具体地说是被称之为LNA的镧钕镁的铝酸盐，其通式为La1-xNdxMgAl11O19，其中0＜x＜1，而最好是La0.9Nd0.1MgAl11O19。这些混合的铝酸盐在以本申请人的名字申请的法国专利申请说明书FR-A-2448134及欧洲专利申请说明书EP-A-0043776号中有详细的叙述。这些混合铝酸盐单晶在发射红外谱线方面具有与掺钕的铝和钇石榴石（简写为YAG∶Nd）以及超磷酸钕（NdP5O14）相类似的激光性质。
特别是，LNA具有十分有意义的激光发射波长1054和1082毫微米，覆盖了YAG的激光发射波长1064毫微米。而且它还有另一个在1320毫微米附近的发射波长范围，该波长范围是相应于二氧化硅光纤的最小衰减区间，这就可允许传输最大量的信息而只带来最少的损耗。为获得激光 效应，可采用熔体生长晶体的许多方法来制备LNA单晶，如火焰熔融法或切克劳斯基提拉法。
但是，这些铝酸盐没有所谓同成分熔点，也就是说该单晶与熔体的组分不同。这样，如果需要制备为工业激光器，尤其是为大功率激光器所需要的大直径单晶（6.5毫米直径，100毫米长的条或棒），那么，这些铝酸盐单晶的制备，尤其是用最广泛使用的切克劳斯基提拉法来制备将导致单晶的质量不合要求（带气泡、缺陷等），况且，LNA只有很少数的激光发射波长。
另外，已知混合镧钕镁铝酸盐的通式为La1-xNdxMgYAl11O18+Y，式中x和y分别代表符合0＜x＜0.2及0＜y＜1，最好为0.4＜y＜0.7的数。在1985年10月21日申请的、申请号为8515579的法国专利申请就是以这些混合铝酸盐作为主题内容。就大直径单晶的生产而论，这些混合铝酸盐比起LNA来说是一个进步，但是，这些激光器所覆盖的波长范围仍然有限。
本发明特别涉及可用于大功率工业激光器的新的混合镧系镁铝酸盐单晶，以它制造的激光器可发射从黄光至红外（3微米）范围的波长。
根据本发明的主要方面，这些混合镧系镁铝酸盐的特征在于有下列通式Ⅰ：
式中Tr代表：（a）至少一种从镧系元素，Y和Sc中选择出来的单独的三价元素，或（b）至少一对由一种二价元素和一种三价元素组成的镧系元素时，以添加所缺的铝或氧或所说的单独的或成对的镧系元素来保持电中性;x代表符合于0≤x＜1的一个数;y及v代表符合于0≤y+v≤0.4的两个数;z及t代表符合于0≤x+t＜1的两个数，条件是当z+t＝0时，y+v≠0或者Tr代表一个单独的三价镧系元素;u是在0至2之间的一个数，条件是当Tr代表Y+3或Sc+3时，u≠0和当x＝0时，u≠0 以及当u＝0时，x≠0。此外，这些混合铝酸盐是单相的并具有磁铅石型的晶体结构，呈六方晶系的晶格。具体地说，它们具有类似于Al2O3的机械特性。
根据本发明，这些铝酸盐可用作能发射一种宽波长范围的激光发射体，所说波长范围要取决于Tr的性质以及Cr的存在与否。况且这些铝酸盐中许多都具有一个所谓同成分熔点，并且用切克劳斯基提拉法所制得的晶体是优质的。这样就有可能制备为大功率工业激光器所需要的大单晶。
而且，在单晶的生长期间，这些混合铝酸盐不出现组分的偏析，这就使得有可能将其单晶的拉制速率提高到大于LNA的拉制速率。对于单晶的生产时间以及对于拉制单晶所用的盛熔体的坩埚寿命来说，这一点就是十分有利的。
在通式Ⅰ中，当x≠0时，Tr是选自钕（Nd）、镨（Pr）、铒（Er）、钬（Ho）、铥（Tm）、二价的Nd-Eu对、二价的Pr-Eu对和镨-钐（Pr-Sm）对、镨-镝（Pr-Dy）对、Pr-Tm对、A-Nd对、A-Pr对、A-Er对、A-Ho对以及A-Tm对，其中A代表选自钇（Y）、钪（Sc）、镥（Lu）、铈（Ce）及钆（Gd）中的一种元素。
Tr最好是选自Nd、Pr、Er、Ho、Tm、二价的Nd-Eu对、二价的Pr-Eu对、Ce-Nd对、Ce-Pr对、Pr-Sm对、Pr-Dy对、Pr-Tm对、Ce-Er对和Ce-Ho对。
当通式Ⅰ中的x＝0时，u就不能等于零，这样所制得的相应的混合铝酸盐的单晶可用于连续式或脉冲式的激光器，它发射可见光及近红外光谱，并在680至800毫微米之间可调，能发射这些光谱是由于Cr存在的缘故。
目前，只有能发射680至800毫微米范围波长的，具有通式为BeAl2O4∶Cr+3的掺有Cr的翠绿宝石对电子振动激光器具有真正的工业重 要性。这种激光器是可调的，其中用来产生激光效应所需的能量就是把基态电子激发到振动态所需的能量。
当Tr代表Pr或一种D-Pr对时，根据本发明所制得的混合铝酸盐单晶可用作为一种能发射可见光并主要为黄光及红光的激光发射体，上述D-Pr对中的D代表在x≠0时选自Y、Sc、Lu、Ce、Sm、Dy、三价的Tm和二价的Eu中的一种元素。这些铝酸盐由于存在Pr而发出激发光，它们在连续的或脉冲的大功率激光器中更为适用。大功率激光器这一术语应理解为一种至少能发射出几瓦功率光束的激光器。
当通式Ⅰ中的Tr代表Nd或E-Nd对时，相应的混合铝酸盐单晶可用作为一种激光发射体，特别适合用作为能发射红外、尤其是能发射1054、1082毫微米或象LNA那样发射1320毫微米的大功率激光发射体，上述E-Nd对中的E代表在x≠0时选自Y、Sc、Lu、三价氧化态的Ce和二价氧化态的Eu中的一种元素。这种激光器的发射是由于这些铝酸盐中掺有Nd。
当通式Ⅰ中的Tr代表Ho或G-Ho对时，相应的混合铝酸盐单晶可用作为激光发射体并特别适用于发射红外光谱，尤其是能发射波长在1500至3000毫微米之间光谱的大功率激光器，上述G-Ho对中的G代表在x≠0时选自Y、Sc、Lu和Ce中的一种元素。
在3000毫微米附近的波长之优点是易被水吸收。而且波长在1.5微米附近时人眼对激光射束不太敏感，这有利于保护眼睛。
当Tr代表单独的Er或Tm，或者它们与Ce、Y、Sc或Lu或任何其它稀土元素组合时，就可以发射其它波长的光谱。由于Er的存在，激光器特别适合于发射红外光谱。
众所周知，激光效应取决于某些参数，特别是取决于引起激光效应的离子激发态E1的寿命。假如所说的激发态的寿命较长，则可能发生粒子数的反转，即是指激发态离子的数目超过基态离子的数目。对于Nd、 Pr、Ho、Tm、Er及Cr来说，可能发生在激发态E1及低能级之间的相互转换，这种情况在A.Kaminskii所著的以“Achievements in the field of Physics and Spectroscopy of Activated Laser Crystals”为题的论文中（Phys.Status Sol.（a）87，11，1985）有较详细的叙述。
研究结果表明，在本发明的混合物中，La的含量愈高，则激发态E1的寿命愈长。然而，荧光的强度随发光离子浓度增加而提高。但是，过多的发光离子会促使这些离子间相互发生反应，这就有损于它的荧光。
为了促使具有激发态E1的粒子数增加，可把发光离子激发到一个超过激发态E1的能级E2。具有激发态E2的粒子可用光吸收法或光泵激作用来获得。由于能级E2非常不稳定，故发光离子会自发去激而转变为能态E1。
由于镧系元素的吸收峰，特别是Nd的吸收峰十分窄，故用Cr来取代部分的Al有助于铝酸盐对光的吸收。这样，Cr在可见光范围有很宽的吸收带，即从400至500毫微米的第一带和从600至700毫微米的第二带。
在这些谱带的某处以光吸收的方法使Cr离子转变成激发态之后，Cr离子就把它的能量转移给Nd离子，这样就使具有能级E1的粒子数增加。因为在Cr离子的基态和激发态之间的能差，接近于在Nd离子的基态和超激态E2之间的能差，所以这种能量的转移是可能的。
可以用Sm、Dy、Tm、三价Ce或二价Eu来取代含Pr的铝酸盐中的部分发光原子而增强其光泵激作用。这样，这些元素中的某几个元素具有和Cr的吸收带一样宽的吸收带（这些镧系元素和Cr的吸收带宽度是与它们从D能级向F能级转移的性质有关）。而且，所有这些元素都能满足在某些荧光转移和Pr吸收之间的共振规则。
这些元素（镧系元素或铬）被称之为激光发射敏化剂，而能引起激光效应的发光离子被称之为激光活化剂。敏化剂和活化剂被选用来作为一种功能元件，以获得光泵激作用所使用的波长及所需要的转移波长。 在Nd的情况下，可以设想进行Ce-Cr共掺。在缺少除La、Y或Sc以外的稀土元素的情况下，可把Cr作为活化剂。
用Cr来取代部分的Al和/或用Ce、Dy、Tm和三价的Sm或二价的Eu来取代部分的发光原子，以此作为活化剂型的功能元件，这就可使应用本发明铝酸盐单晶的激光器大大提高其效率。
当发光离子数量增加时，激发态E1的寿命降低，相反，当发光离子数量增加时，荧光的强度也增加，鉴于这一事实，其x值较小的那些单晶，例如其中Nd的x值，接近于0.1的单晶，特别适合用来制造连续操作的大功率激光器，而那些x值较大的单晶，例如其中Nd的x值为0.2≤x≤0.5的单晶，更适合用来生产脉冲式大功率激光器。
下文的实施方案和附图将更详细地描述本发明。
图1是使用本发明铝酸盐单晶的连续激光器示意图。
图2是使用本发明铝酸盐单晶的脉冲大功率激光器示意图。
按本发明及通式Ⅰ制备混合镧系铝酸盐的描述如下。根据所需要的比例，把高纯度的市场上可以买到的La、Tr、Mg、Al和Cr的氧化物粉末充分混合，然后在1500℃左右焙烧，就可获得这种铝酸盐。把所得产物磨细成粉末后可以进一步处理，以便制得单晶。
用共沉淀法沉淀La、Tr、Mg、Al和Cr的无定形氢氧化物也可制取这种铝酸盐的粉末。共沉淀与氨在水溶液或非水溶液（如无水乙醇）中进行，该溶液中含有这种铝酸盐的不同元素的硝酸盐或氯化物的混合物。Mg、Al和Cr的硝酸盐或氯化物是采用市售商品，其它金属的硝酸盐或氯化物可用相应元素的氧化物分别溶于硝酸或盐酸中而制得。
然后，把得到的混合物在400℃下通风处理，直至脱水和氯化铵或硝酸铵全部消除。接着在1500℃下焙烧。经磨细得到的粉末可以进一步处理以便制取单晶。
为了得到最高效的激光发射体，所使用的各元素的氧化物粉末粒径 应为1-10微米，其纯度应在99.99%以上。
较为可取的是，本发明采用切克劳斯基提拉法制备铝酸盐的单晶。但是，使用熔体的其它结晶法亦可采用，如悬浮区熔法，布里兹曼法、火焰熔融法（维尔纳叶法）、凯罗普洛斯法或自动坩埚法，这些方法经过改进或不经改进就可使用。下面将描述本发明采用众所周知的切克劳斯基提拉法从铝酸盐制取单晶的过程。
如上文所述的，用共沉淀法或充分混合后加热处理得到的混合铝酸盐粉末在研磨后放置在铱坩埚中，然后升至熔点（1810℃），在隔绝空气下使其转变成熔体。
取一种与熔体有相同组分的并被平行切割（即沿晶体学的方向c或说沿化合物六方晶格的方向a切割）而成的单晶核与熔体接触，然后慢慢地从熔体中一边旋转一边提拉，单晶就是如此地在晶核的末端沿晶核给出的晶向逐渐地形成。用这一方法可以制备大量大直径的并具有激光效应的单晶。
特别是，这种方法可以制备出通式（a）La1-xTrxMg1-tAl11O19-t的单晶，式中Tr代表Pr、Ho、Er、Tm、Ce-Nd对、Ce-Pr对、Ce-Ho对、Ce-Er对、Pr-Sm对、Pr-Dy对或Pr-Tm对。
这些铝酸盐符合通式Ⅰ中的C＝y＝u＝z＝o，镁的欠缺量用氧的空额来调整，按本发明及依照通式（a）所制取的铝酸盐单晶的实施例如下：
按本发明通式（b）La1-xTrxMg1-2Al11+2z/3O19亦可制备具有激光性质的铝酸盐单晶，式中Tr代表Pr、Ce-Nd对、二价的Pr-Er对和二价的Nd-Er对。
在这些符合通式Ⅰ，Y＝V＝t＝u＝0的铝酸盐中，所缺的镁用过量的铝来调整。同样，当使用Pr+3-Eu+2对或Nd+3-Eu+2对时，则可加入等于三分之二〔Eu+2〕的铝量，就可保持电中性。
制备满足通式（b）的铝酸盐单晶的实施例如下：
也可制备具有激光效应且满足通式（c）（La1-xTrx）1-vMg1-tAl11O19-t-3v/2的铝酸盐单晶，其较大特点是式中Tr代表Nd。这些铝酸盐符合通式Ⅰ的 y＝z＝u＝0，镧系元素和镁的欠缺量用氧的空额来调整。按通式（c）制备的铝酸盐的实例如下：
用满足通式（d）（La1-xTrx）1-YMg1-zAl11+Y+2z/3O19的铝酸盐可以制备其它的具有激光效应的单晶，较大特点是式中Tr代表Nd或Pr。在Nd的情况下，x最好在0.1-0.5（包括边界）之间变化，y可以假定为0-0.4，而z最好在0.045-1之间。在这些符合通式Ⅰ中v＝t＝u＝0的铝酸盐中，镧系元素和镁的欠缺量用过剩的铝来调整。按通式（d）所制备的铝酸盐单晶的部分实施例如下：
最后的混合物有最佳组成。这是用切克劳斯基提拉法从一个具有与单晶组成非常相近的熔体中制取的。因此，这一铝酸盐具有所谓同成分熔点。用它作能发射波长1054、1082或1320毫微米的连续大功率激光器的发射体是极为理想的。
可以制备按本发明的其它具有激光效应，并符合通式（e）（La1-xTrx）1-vMgAl11O19-3v/2的特点是Tr代表Nd的铝酸盐单晶。在这些符合通式Ⅰ的y＝z＝t＝u＝0的铝酸盐中，镧系元素的欠缺量用氧空额来调整。按通式（e）制备铝酸盐的实例有（La0.90Nd0.10）0.9MgAl11O1885。
按通式（f）（La1-xTrx）1-YMgAl11+YO19可制备其它具有激光效应的铝酸盐单晶，特点是式中Tr代表钕。在这些符合通式Ⅰ，v＝z＝t＝u＝0的混合物中，镧系元素的欠缺量用过量的铝来调整，按通式（f）制备该铝酸盐的例子是（La0.90Nd0.10）0.85MgAl11.15O19。
按通（g）LaTrMgAlO也可制备具有激光效应的单晶，式中Tr 代表二价的Er-Pr对或二价的Er-Nd对，并用相当于二分之一〔Eu+2〕的氧空额来保持电中性。其实例如下：
为了提高铝酸盐的激光效应的效率，在相应于通式a、b、c、d、e、f或g的含有钕的铝酸盐中，可用铬代替部分铝。
同样，在按照通式a、b、c、d或f制取的铝酸盐中，可用Eu+2代替部分的激光活化剂（Pr、Nd），并以添加铝或以氧空额来保持电中性。
按通式Ⅰ制取的含有激光敏化剂的铝酸盐实施例有：
后者具有所谓同成分熔点的最佳组成。采用切克劳斯基提拉法可以制备出该材料的大单晶，该单晶非常适于作为能发射1054、1083或1320毫微米波长的连续大功率激光器发射体。
此外，还可制备仅含La作为镧系元素的本发明的铝酸盐单晶，这时的激光效应应归因于铝酸盐中存在有铬。只含镧作为镧系元素的铝酸盐实施例如下：
该混合物具有同成分熔点的优点，因而可制取大的单晶。
如果铝酸盐的激光发射是由铬引起的，则该材料可用于发射680-800毫微米可见光范围的微光发射体。由于铬有宽的发射波带，该混合物能有效地用于可调波长的大功率激光器，其操作可以是连续式的也可是脉冲式的。
图1展示了使用本发明铝酸盐单晶的连续大功率激光器。该激光器包含一个激光器腔室2，腔室中有一根本发明的铝酸盐的棒或条4，被垂直安装在激光器的纵轴3上，这根铝酸盐棒4的实施例有：
发射光属于红外区。
该激光器有一单色光源6，（例如一种氪或氩的离子激光器），它能通过会聚透镜7照射在铝酸盐棒4上，以确保棒4的光泵激。激光腔室2还包括一个会聚透镜8，使由铝酸盐棒4射出的光成为平行光束，该光束直接射至出射镜10。由于出射镜10的反射，光束又再通过会聚透镜8和放大器介质或铝酸盐棒4。经加强后的激光束通过一位于与棒4相邻的分色入射镜12的反射，此入射镜12可透射由单色光源6发出的光，但对铝酸盐单晶4所发射的光不能透过。
经腔室2适量增强的激光束再通过镜10射出激光器，该镜10对铝酸盐单晶棒4发射出的光仅部分透过。Nd-Mg铝酸盐棒4可以由本发明的Pr-Mg铝酸盐代替，其式为：
由此可构成发射可见光谱（特别是红色与黄色）的连续的大功率激光器。
同样，为了获得宽波长范围的大功率激光器，可以用含有Ho、Er、Tm（结合铈或不结合铈）的铝酸盐棒代替钕铝酸盐棒。特别是，选用含有Ho的铝酸盐可发射出波长从1.5至3微米的激光束，起一种选择的过渡作用。
此外，也可选用仅含镧系元素中的镧制成的铝酸盐棒，其式为La0.9Mg0.5Al11.383Cr0.05O19，由此可得连续大功率激光器，其波长在690-800毫微米范围内是可调的。
采用波长选择系统14来调节激光器的波长，该系统置于激光器腔空2的聚光透镜8和出射镜10之间，它是属于布鲁斯特角棱镜型或是一种由二片双折射材料组成的干涉滤波器。
根据本发明制备的铝酸盐单晶也可用于脉冲式大功率激光器。为此， 图2展示了一种发射红外波长的脉冲大功率激光器。该脉冲激光器包含一个腔体14，其中置有本发明制备的铝酸盐单晶棒16，该棒与激光器纵向轴17平行安装。该铝酸通式为：La1-xNdxMg1-zAl11+2z/3O19，式中0.2＜X＜0.5，0≤z≤0.55。
在单晶棒16两侧配有与激光器轴17取向一致的长的高强度的氙闪光灯18、20。这两灯可使铝盐棒16产生纵向光泵激。
激光器腔室14还含有四分之一波晶片22，来自棒16的线性偏振入射光通过它变为圆偏振光。片22后面为平面镜24和发散凸镜26。经镜26反射的已被改造过的和圆偏振的宽光束再通过四分之一波晶片22，从而得到垂直偏振光束，该光束全部扫过放大介质或棒16，同时引出最大光能。
经增强的向另一高反射凹镜28方向传播的激光束受到偏振棱镜30的拦阻，后者同时将偏振光束32垂直地射出激光腔室。用一会聚透镜34即可使其成为一平行光束。
这一脉冲激光器装有光电开关36，较具体地称之为Q1开关，它位于凹镜28和出射起偏振镜30之间。当该开关闭合时，即有一电压产生，此时激光器不能工作。因此，在“光泵激”情况下，带有灯18、20及起偏振镜30的放大器介质允许作水平偏振的光子通过，并让这束光通至开关36。当后者的偏振方向旋转90度时，就阻挡了偏振镜30透过该光。然而，当开启光电开关或Q1开关36时，后者就不再改变从起偏振镜来的水平偏振光，这就使激光器腔室14只加强来自棒16的光线。
在开关和起偏振镜之间可以放置一光阑38，是为激光提供通道的。
如上文所述，为了获得其它的脉冲大功率激光器，按上述通式并以Pr、Ho、Er、Tm、（结合铈）为基的棒可代替钕基棒16。在镜26和28上仅需配上覆盖层即可获得所需激光器的发射波长。
为了制得波长可调的激光器，本发明选用含有作为激光活化剂的铬的铝酸盐，并可在上述的片22和镜24之间置一波长选择装置40。
显然，上文所述的激光器仅限于阐明的目的，而根据本发明通式Ⅰ所制备的铝酸盐单晶还可以装备成其它类型的激光器。
根据本发明所制备的铝酸盐单晶（其Tr代表钕）可用于目前使用YAG型激光器发射体的所有激光器。特别是，这种单晶可用于能切割或标记材料以及焊接加工的激光器中。材料的切割，如上所述，是通过在激光器腔室中放置一个钕活化的铝酸盐单晶，再通过定位，然后将激光器发出的光聚焦在材料表面，以使材料在光聚焦处达到其熔点，于是随着激光光束的移动，材料就被切割。除在YAG型激光器中应用外，本发明所提供的含钕铝酸盐还可用于有其它特殊用途的激光器。
特别是，本发明的钕基单晶可放置在一装有选择滤波器的激光器腔室内，该滤波器可使激光器调整发射光波至1.082微米左右。这种光可用来使一种气体原子（如氦Ⅲ或氦Ⅳ）发生极化。
在热核聚变领域中，可以利用氦Ⅱ或Ⅳ的极化以大大提高 聚变反应的几率。
按照本发明所制备的钕基铝酸盐单晶在其正常发射波长1.054微米时，很适宜于在带有钕活化的氟磷酸盐或磷酸盐玻璃棒的激光器系列中作为振荡器，以用来起动热核反应。
在粒子加速器的领域中，可以利用氦之类气体的原子极化，以产生粒子加速器中所用的极化离子束。
在磁力测定和陀螺测试领域中，根据本发明制备的含有钕基铝酸盐单晶的大功率激光器可以改进现有光泵激陀螺仪和磁强计的工作性能，特别是对其消耗、寿命和操纵的性能。在这一特例中，本发明的激光发射器也可导致新型磁强仪或陀螺仪的开发。
本发明提出的铬活化的铝酸盐具有下述特殊用途。将这种铝酸盐的单晶放置在一带有色散元件（例如棱镜或晶栅）的激光器腔空内，就有可能在680和800毫微米之间作连续的波长调谐。此装置可用于检测地 球大气中的某些元素。为此目的，波长务必调整在与待测试样相应的吸收带。由障碍物导致激光回波的衰减是与大气中所含物质的量及性质成函数关系，因此，可用于遥控气象学。

Claims (13)

1、一种包括有一个激光器腔室的激光器，该激光器腔室中装设有一个激光发射器，至少一个确保单晶棒产生光泵激用的光源，用于放大由激光器腔室内激光发射器发射出的光的光放大器，以及将上述已放大的光传输出去的装置，所述的激光发射器由具有下述化学式的混合镧系镁铝酸盐单晶构成的，其化学式为：
式中，
Tr代表a)至少一种单一的三价物质，它选自Y和Sc和除镧从外的镧系元素，或b)至少一对由一种二价元素与一种三价元素组成的，除镧以外的镧系元素对，同时添加不足额的铝或氧或添加上述单一物质与元素对构成的任何组合物，藉此保持电中性；
x代表符合0≤x＜1的一个数，
y和v代表符合0≤y+v≤0.4的数值；
z和t代表符合0≤z+t＜1的数值，条件是当z+t=0时，y+v≠0，以及当y+v=0时，Tr代表一种单一的三价镧系元素则z+t≠0，此外当Tr代表一种单一的三价镧系元素或当x=0时则是t≠0或v≠0；
u代表0至2之间的一个数，条件是当Tr代表Y+3或Sc+3时u≠0，以及当x=0时u≠0，此外当u=0时，x≠0；
所述的铝酸盐呈单相，而且具有磁铅石的结构。
2、按照权利要求1所述的激光器，其中x≠0，且Tr选自Nd、Pr、Er、Ho、Tm、二价的Eu-Nd对、二价的Eu-Pr对、以及Ce-Nd对、Ce-Pr对、Pr-Sm对、Pr-Dy对、Pr-Tm对、Ce-Er对和Ce-Ho对。
3、按照权利要求1所述的激光器，其中x＝0。
4、按照权利要求1所述的激光器，其中Tr代表钕，并且x在0.2-0.5之间。
5、按照权利要求1所述的激光器，其中Tr代表Nd，并且x接近0.1。
6、按照权利要求1所述的激光器，其中所述单晶的化学式为：
7、按照权利要求1所述的激光器，其中所述单晶的化学式为：
8、按照权利要求1所述的激光器，其中所述单晶的化学式为：
9、按照权利要求1所述的激光器，其中所述单晶的化学式为：
10、按照权利要求1或2所述的激光器，该激光器在红外区发射，其中Tr代表至少有部分Nd、Ho或Er。
11、按照权利要求1-所述的激光器，该激光器可在680-800nm之间调谐，其中x＝0。
12、按照权利要求1所述的激光器，该激光器可在680～800nm之间调谐，其中所述单晶的化学式为：
13、按照权利要求1或2所述的激光器，该激光器在可见光范围发射，其中Tr至少部分地代表Pr。
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