[發(fā)明專利]一種共摻鐿敏化離子的銩離子激活的釓鎵石榴石新型激光晶體

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910111236.1
• 申請(qǐng)日: 2009-03-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101831707A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王燕;周涵;涂朝陽(yáng);游振宇;李堅(jiān)富;朱昭捷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所
• 主分類號(hào): C30B29/28
• 分類號(hào): C30B29/28;C30B15/00;H01S3/16
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光晶體材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

2μm激光位于水的吸收峰(1.93μm)附近，因此對(duì)組織的穿透深度淺，且對(duì)人體安全，另外可用光纖傳輸，因此成為醫(yī)療上一種很好的外科手術(shù)光源。另外，2μm波段固體激光器在遙感、環(huán)境保護(hù)和光通信等方面也有著重要的研究前景，是激光測(cè)距儀、相干多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)、水蒸氣拋面差分吸收激光雷達(dá)系統(tǒng)等的理想光源。同時(shí)，它還是獲得3～5μm和8～12μm波段光學(xué)參量振蕩器的理想抽運(yùn)源。因此從20世紀(jì)60年代開(kāi)始，人們圍繞如何提高2μm波段激光器的輸出功率和效率，從材料到器件的多方位研究。除此之外，～2.0μm波段激光在工農(nóng)業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)上也有著廣泛的應(yīng)用前景，一旦研制成功，把所研究的晶體及其器件推向高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)，將產(chǎn)生非常可觀的經(jīng)濟(jì)效益；還可以用來(lái)遠(yuǎn)距離探測(cè)化學(xué)物質(zhì)，在反化學(xué)戰(zhàn)和環(huán)境保護(hù)中起到關(guān)鍵性的作用。

在摻雜Tm³⁺離子的激光晶體中，Tm³⁺離子³F₄→³H₆躍遷可產(chǎn)生1.8～2.1μm波段的激光。根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研，已有多種離子摻雜的不同激光基質(zhì)晶體上實(shí)現(xiàn)了該波段激光，例如Tm:YAG，Ho:YAG，Yb，Tm，Ho:YAG，Tm:YAP，Tm，Ho:YLF，Tm:YLF，Ho:YLF等。其中Eric，Honea報(bào)道用六個(gè)InAlGaAs激光二極管陣列(460W)作為泵浦源，采用特殊的激光腔設(shè)計(jì)，用Tm(2～4at％):YAG作為增益介質(zhì)實(shí)現(xiàn)了2.01μm波長(zhǎng)的115W連續(xù)輸出，這是迄今Tm:YAG輸出的最大功率。同時(shí)Yb³⁺離子也可以有效地敏化Tm³⁺離子，可以采用980nm半導(dǎo)體泵浦來(lái)實(shí)現(xiàn)～2.0μm波段的激光輸出，Zendzian報(bào)道了Yb，Tm，Ho:YAG激光器平均輸出功率為17W，斜率效率2％，這是目前Yb，Tm，Ho:YAG激光器最高的輸出水平。

Gd₃Ga₅O₁₂(GGG)屬于立方晶系，晶胞參數(shù)為Z＝8，Dc＝7.083g/cm³。釓鎵石榴石Gd₃Ga₅O₁₂(GGG)是一種優(yōu)秀的激光基質(zhì)材料，作為激光基質(zhì)材料，它具有以下許多優(yōu)點(diǎn)：高的熱導(dǎo)率(8Wm^-1K^-1)、低的熱光效應(yīng)、較低的聲子能量、可以采用熔體提拉法生長(zhǎng)大尺寸的晶體、具有良好的物化性能，不溶于強(qiáng)酸強(qiáng)堿，硬度高，激光損傷閾值高、對(duì)于稀土摻雜離子，在相應(yīng)的泵浦波長(zhǎng)處具有較大的吸收截面，并具有較大的發(fā)射截面、具有高的熱容，因此可以應(yīng)用于高功率熱容激光器、具有較低的熔點(diǎn)，約為1725℃，(例如比YAG低200℃)。與YAG和YSGG晶體相比較，稀土激活的Gd₃Ga₅O₁₂晶體具有以下的一些優(yōu)點(diǎn)：(1)采用提拉法生長(zhǎng)的Nd:Gd₃Ga₅O₁₂晶體，容易實(shí)現(xiàn)平界面生長(zhǎng)，不會(huì)產(chǎn)生由雜質(zhì)、應(yīng)力等引起的核心，整個(gè)橫截面都可以有效利用，有利于獲得大直徑晶體元件。(2)它的熱容比YAG和YSGG高，是目前唯一可以應(yīng)用于高功率熱容激光器的激光基質(zhì)材料。(3)Gd₃Ga₅O₁₂的聲子能量較低(約為500～600cm^-1)，這有利于減少激光晶體的無(wú)輻射躍遷幾率，從而增加激光發(fā)射功率和效率，對(duì)于～3um波段激光具有高的量子效率；(4)GGG晶體的熔點(diǎn)較低(約為1725℃)，比YAG和YSGG約低200℃，有利于晶體的生長(zhǎng)；(5)Gd的半徑比Y離子大，容易進(jìn)行稀土離子的摻雜，有利于生長(zhǎng)高質(zhì)量的晶體；(6)由于YSGG所用的Sc₂O₃價(jià)格較昂貴，成本較高，因此與YSGG相比較，GGG激光晶體的成本較低，并且熱導(dǎo)率也比YSGG高。