[發(fā)明專利]高效中紅外Pr,Er:YSGG激光晶體及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010607670.1
• 申請日: 2010-12-27
• 公開（公告）號: CN102127813A
• 公開（公告）日: 2011-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫敦陸;殷紹唐;張慶禮;羅建喬;劉文鵬;谷長江;秦清海;李為民;韓松
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院安徽光學精密機械研究所
• 主分類號: C30B29/28
• 分類號: C30B29/28;C30B15/00
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功能晶體材料領(lǐng)域，具體的說是一種高效的Pr³⁺與Er³⁺共摻的釔鈧鎵石榴石激光晶體(Pr，Er:YSGG)及其制備方法。

背景技術(shù)

鉺離子的⁴I_11/2→⁴I_13/2躍遷，在不同的基質(zhì)中可產(chǎn)生2.7-3μm波段的激光，這個波段與水的強吸收峰位置重疊，因而水對它的吸收率特別高，是精細外科手術(shù)理想的工作波段，這一性質(zhì)使鉺激光在生物和醫(yī)學領(lǐng)域已得了非常廣泛的應(yīng)用。另外，用2.7-3μm的激光泵浦紅外非線性晶體實現(xiàn)光參量振蕩，能夠獲得3～19μm的高功率紅外光源，可用于光電對抗(干擾)、紅外照明、激光雷達、自由空間通信、化學和生物戰(zhàn)劑的探測、環(huán)境污染監(jiān)測以及反恐等領(lǐng)域。

基質(zhì)晶體YSGG具有一般石榴石(如YAG)的化學性能穩(wěn)定、硬度高、光學各向同性的優(yōu)點，可采用熔體提拉法生長出大尺寸、低光學損傷、高光學質(zhì)量的晶體，同時，YSGG具有比YAG更低的聲子能量，這就減少了多聲子無輻射躍遷幾率，從而可提高激光效率。在Er:YSGG晶體中，2.79μm的激光上能級⁴I_11/2的壽命為1.3ms，該晶體是很好的儲能材料，適合于調(diào)Q輸出巨脈沖激光。但是由于激光下能級⁴I_13/2的壽命可達到3.4ms，是壽命更長的亞穩(wěn)態(tài)。受激發(fā)射過程中，躍遷下來的粒子積累在⁴I_13/2能級上，不利于激光發(fā)射過程中保持足夠的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。為了有效減小下能級⁴I_13/2的壽命，在晶體中摻入能級與⁴I_13/2接近的離子，通過離子間的共振能量轉(zhuǎn)移，也可加快抽空激光下能級粒子的速度。1988年，Huber等人(Huber，et?al，laser?pumping?of?Ho，Tm，Er?garnet?laser?atroom?temperature，IEEE?J?of?Quantum?Electronics，1988，24：920)比較了連續(xù)二極管激光器泵浦Cr，Er:YSGG和Cr，Er，Ho:YSGG晶體的輸出特性，后者斜效率提高。這是由于Ho的⁵I₇能級與⁴I_13/2能級接近，加速了激光下能級粒子抽空速率，振蕩過程中激光介質(zhì)保持了較高的增益。本發(fā)明提出的Pr，Er:YSGG，其中Pr³⁺的³F₄能級與Er³⁺離子的激光下能級⁴I_13/2接近，能加速激光下能級粒子抽空速率，減小壽命，在振蕩過程中激光介質(zhì)可以保持較高的增益，提高斜效率。

在上世紀七八十年代，由于當時Sc₂O₃原料非常昂貴，從而限制了含鈧石榴石晶體的研究和發(fā)展。近年來，隨著應(yīng)用需求和提取技術(shù)的迅速發(fā)展，Sc₂O₃的價格有了較大幅度的降低。所以，近些年來，國外含鈧石榴石晶體的研究又重新興起，盡管如此，據(jù)檢索，目前國內(nèi)外都還沒有關(guān)于Pr，Er:YSGG激光晶體的報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于公開一種能夠在2.7-2.8μm實現(xiàn)高效激光輸出的Pr，Er:YSGG激光晶體及其制備方法。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

高效中紅外激光晶體Pr，Er:YSGG，所述晶體的化學式為Pr³⁺，Er³⁺:Y₃Sc₂Ga₃O₁₂，分子式Pr_3xEr_3yY_3(1-x-y)Sc₂Ga₅O₁₂，其中0＜x，y＜1，(可簡寫成Pr，Er:YSGG)。Pr³的³F₄能級與Er³⁺離子的激光下能級⁴I_13/2接近，可加速激光下能級粒子抽空速率，減小壽命，在振蕩過程中激光介質(zhì)可以保持較高的增益，提高斜效率。