[發(fā)明專利]摻銩鈥硅酸镥釔激光晶體及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710039413.0
• 申請日: 2007-04-12
• 公開（公告）號: CN101092747A
• 公開（公告）日: 2007-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙廣軍;宗艷花;徐軍;曹頓華
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所
• 主分類號: C30B29/34
• 分類號: C30B29/34;C30B15/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 張澤純

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光材料，特別是一種摻銩鈥(包括摻銩，摻鈥及銩鈥共摻)硅酸镥釔激光晶體及其制備方法。

背景技術(shù)

激光二極管(簡稱LD)泵浦摻Tm³⁺/Ho³⁺(包括單摻Tm³⁺、Ho³⁺以及雙摻雜Tm³⁺和Ho³⁺)固態(tài)激光器具有結(jié)構(gòu)緊湊、光束質(zhì)量好、能滿足雷達發(fā)射源線寬和脈寬的傅立葉變化極限要求等特點，是實現(xiàn)高效2μm波段連續(xù)以及調(diào)Q脈沖激光輸出最有效的途徑之一。摻Tm³⁺/Ho³⁺固態(tài)激光器主要包括以下三種：

1)摻Tm³⁺固體激光器，是2μm波段最重要的固體激光器。Tm³⁺離子790nm附近吸收與商用激光二極管匹配良好，2μm波段激光輸出對應(yīng)³F₄-³H₆能級之間的躍遷，具有熒光壽命長、由于Tm³⁺離子對的交叉馳豫，Tm³⁺離子的量子效率接近200％等特點，可實現(xiàn)連續(xù)波高功率激光輸出。已實用化的有Tm:YAG，Tm:LuAG，Tm:YAP，Tm:YLF/LuLF等，其中Tm:YAG在2.01μm的功率最高達120W(參見2000年OpticsLetters?25卷21期1591頁)。但目前摻Tm³⁺固體激光器普遍存在比較嚴重的熱效應(yīng)，激光性能受溫度影響大，大能量激光輸出需要良好的冷卻條件等缺點。

2)摻Ho³⁺固體激光器，其2μm波段激光輸出對應(yīng)Ho³⁺的⁵I₇-⁵I₈?Stark能級之間的躍遷，具有受激發(fā)射截面大(是Tm³⁺的5倍多)、激光上能級壽命長(有利于儲能)、輸出波長大于2um(更有利于中遠紅外非線性頻率轉(zhuǎn)換應(yīng)用)等特點，主要用于高峰值功率、高頻脈沖激光輸出。但摻Ho³⁺激光晶體沒有合適的LD泵浦源，常利用1.9μmTm³⁺激光器諧振泵浦實現(xiàn)激光輸出。

3)共摻Tm³⁺和Ho³⁺固體激光器，由于Ho³⁺的⁵I₇能級與Tm³⁺的³F₄能級相匹配，兩者之間容易實現(xiàn)有效的能量傳遞，利用Tm³⁺敏化Ho³⁺可實現(xiàn)大于2μm焦耳級大能量脈沖激光輸出，但Tm³⁺與Ho³⁺之間能量相互傳遞的同時易產(chǎn)生上轉(zhuǎn)換發(fā)光，后向能量轉(zhuǎn)移等過程，影響激光上能級粒子數(shù)聚集，降低激光效率。如應(yīng)用于全球測風(fēng)系統(tǒng)的Tm，Ho:LuLiF₄激光器最高單脈沖能量達1J，而其最高斜率效率只有16.5％(參見2006年Optics?Letters?31卷4期462頁)。因此尋找合適的激光基質(zhì)提高Tm³⁺與Ho³⁺之間能量傳遞效率來提高激光輸出效率，是發(fā)展Tm³⁺和Ho³⁺共摻固體激光器的關(guān)鍵。

綜上，目前已有摻Tm³⁺/Ho³⁺激光晶體存在激光閾值偏高，斜效率偏低(和Tm³⁺理論斜效率80％相差較遠)等缺點，仍然不能滿足人眼安全相干雷達和非線性頻率轉(zhuǎn)換等應(yīng)用對低閾值、高效率、全固態(tài)中紅外固體激光器的需要。特別是全球‘風(fēng)響’系統(tǒng)的建立過程中，具有低泵浦閾值、高激光輸出效率、和優(yōu)良熱力學(xué)性能的摻Tm³⁺/Ho³⁺激光晶體仍是人們孜孜不倦的追求目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于突破現(xiàn)有激光基質(zhì)晶體的局限，提供一種摻銩鈥硅酸镥釔激光晶體及其制備方法。該晶體應(yīng)具有熱力學(xué)性能良好，可實現(xiàn)低閾值高效率寬調(diào)諧的性能優(yōu)良的2μm波段激光晶體材料。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：