[發(fā)明專利]鏑激活的氟化鈣新型中紅外激光晶體材料

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200610091465.8
• 申請日: 2006-06-13
• 公開（公告）號: CN101089238A
• 公開（公告）日: 2007-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 涂朝陽;李堅(jiān)富;王燕;游振宇;朱昭捷
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所
• 主分類號: C30B29/12
• 分類號: C30B29/12;C30B11/00;H01S3/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及激光晶體材料領(lǐng)域，特別涉及一類中紅外激光晶體CaF₂:Dy³⁺和CaF₂:Dy³⁺:Yb³⁺。

背景技術(shù)：

中紅外激光可以通過幾種方法運(yùn)作，其中通過稀土或過渡族離子激活的激光晶體直接產(chǎn)生中紅外輻射是一種最簡便有效的方法，是目前研究的熱點(diǎn)。

激光晶體直接產(chǎn)生高效中紅外激光輸出的主要問題是：由于中紅外激光頻率很低，與許多著名激光晶體的晶格振動頻率即聲子振動頻率相當(dāng)，這樣導(dǎo)致了快速無輻射弛豫與激光發(fā)射的強(qiáng)烈競爭，因此，導(dǎo)致了激光的高被動損耗。為了克服這個問題，必須選擇具有低聲子振動頻率的材料，而在激光的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中需要采用低溫的條件。

要直接產(chǎn)生中紅外激光，不僅要求激光基質(zhì)的聲子能量要小于500cm^-1，聲子能量越小，則無輻射弛豫幾率也越小。同時，激光基質(zhì)的光譜在3.0μm～5.0μm要高透，并且要具有高的抗光損傷閾值和良好的物化性能，而激光晶體則要有大的發(fā)射截面(σ_em＞10^-21～10^-20cm²)。

一般基質(zhì)材料的最大聲子振動頻率的大小次序如下：氧化物＞氟化物＞硫化物(包括II-VI族半導(dǎo)體主體晶體材料如ZnSe，ZnS，ZnTe)＞氯化物。在氧化物中，硼酸鹽＞磷酸鹽＞硅酸鹽＞氟磷酸鹽(酯)＞釩酸鹽(或酯)＞鍺酸鹽＞鋁酸鹽＞亞碲酸鹽＞五倍子酸鹽，沒食子酸鹽。對于3.0μm～4.0μm的激光，還可以選擇氧化物晶體作為基質(zhì)材料，而對于＞4.0μm的激光，氧化物晶體則不能作為基質(zhì)材料，只有選擇鹵化物和硫化物作為基質(zhì)材料。

目前，在國際上，中紅外激光晶體是科學(xué)界的研究熱點(diǎn)，俄美和歐洲已經(jīng)走在前面，而國內(nèi)才剛起步。稀土或過渡族離子激活的的激光晶體是可以產(chǎn)生3.0μm~5.0μm中紅外激光的，Tb³⁺、Dy³⁺、Er³⁺、Ho³⁺、Cr²⁺、Co²⁺等便是有效的激活離子。近幾年來，俄羅斯激光晶體專家Kaminskii等研究了BaYb₂F₈:pr³⁺、YLF:Ho³⁺、YLF:Dy³⁺、BaF₂:LaF₂:Nd³⁺激光晶體，實(shí)現(xiàn)了3.5μm～5.15μm的μJ量級激光輸山，Ganem和Bowman等研究了PrCl₃晶體，在5.242μm和7μm處產(chǎn)生了mJ量級的激光輸出，而Nostand，M.C.研究了CaGa₂S₄:Dy³⁺晶體，在4.38μm獲得了激光輸出，Bowman等研究了KPb₂Cl₅:Dy³⁺激光晶體，在4.6μm處獲得了激光輸出。我國華北光電技術(shù)研究所報道了Cr，Yb，Ho:YAGG晶體在2.84μm～3.05μm之間實(shí)現(xiàn)了連續(xù)可調(diào)諧的激光輸出。法國科學(xué)家R.Moncorge等研究了摻雜Yb:Dy和Tm:Dy的LiYF₁和KY₃F₁₀晶體，獲得了Dy³⁺離子2.8～3.08μm的寬帶熒光發(fā)射峰，證明了它們作為3.0μm激光晶體的潛在可能性。CaF₂屬于立方晶系，空間群為晶胞參數(shù)為：a＝5.471，V＝163.78。它的透過波段范圍較寬，高透過率使其在真空紫外至中紅外波段被廣泛用作光學(xué)介質(zhì)，而氟化物最大聲子能量一般為～400cm^-1(因?yàn)榫哂休^低的聲子能量，氟化物一般是很好的上轉(zhuǎn)換激光晶體)，不潮解，是一種良好的中紅外激光基質(zhì)材料。而Dy³⁺離子能級豐富，采用1.34μm光源激發(fā)，可產(chǎn)生3.0μm～5.0μm的熒光，而Yb³⁺離子可以敏化Dy³⁺，如果采用Yb³⁺離子敏化，則可采用GaAlAs半導(dǎo)體作為激發(fā)源。因此，CaF₂:Dy³⁺和CaF₂:Dy³⁺:Yb³⁺有望成為一類良好的中紅外激光晶體材料。目前，國內(nèi)外未見有CaF₂:Dy³⁺和CaF₂:Dy³⁺:Yb³⁺作為中紅外激光晶體的報道。