[發明專利]一種摻鐿、鉺的釔鈧鎵石榴石晶體及其制備方法

有效

• 申請號: 201210114257.0
• 申請日: 2012-04-18
• 公開（公告）號: CN102618929A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 韓劍鋒;李洪峰;楊國利;張月娟;夏士興;李興旺;莫小剛;朱建慧
• 申請（專利權）人: 北京雷生強式科技有限責任公司
• 主分類號: C30B29/28
• 分類號: C30B29/28;C30B15/00
• 代理公司: 北京康盛知識產權代理有限公司 11331
• 代理人: 張良;黃錦陽

技術領域

本發明涉及一種激光晶體及其制備方法，具體地說，涉及一種摻鐿、鉺的釔鈧鎵石榴石晶體及其制備方法。

背景技術

二極管泵浦較傳統的閃光燈泵浦具有明顯的優勢，主要表現為效率高、光束質量好、壽命長、穩定性好、體積小、重量輕等，因此二極管泵浦成為了固體激光器技術和應用的主流發展趨勢之一。

摻雜濃度為30at％的Er:YSGG晶體能夠發射2.8μm激光，在激光醫療(如牙科等)和軍事(如光電對抗)等領域有著重要的應用。Er:YSGG晶體中Er離子的吸收帶盡管較多(如圖1所示)，但帶寬都比較窄。目前商用化的二極管波長在800nm附近，因此適用的激光二極管泵浦波長為790nm。但790nm吸收帶寬太窄導致應用時必須用精確和嚴格的二極管溫度控制系統，導致激光器系統比較復雜。盡管近些年出現了970nm的激光二極管，但是成本仍然很高，并且Er:YSGG晶體在970nm吸收帶的寬度也比較窄(只有6nm)。而吸收帶比較寬的1450nm吸收帶卻沒有匹配的激光二極管，無法在現實中得到應用。因此Er:YSGG晶體在實際應用中基本上仍然采用傳統的閃光燈泵浦方式。但是，閃光燈泵浦Er:YSGG晶體激光器效率低，穩定性和可靠性不高。

下面舉例說明現有技術中Er:YSGG晶體的制備方法及其光學性能、光學均勻性和激光性能的測量。

對比例1：

制備拉晶料

將各氧化物原料Er₂O₃、Y₂O₃、Sc₂O₃和Ga₂O₃除潮，然后按照化學式Er_bY_3-bSc₂Ga₃O₁₂配比計算稱量，其中，b＝0.9，原料總重為2400g。各氧化物的純度均為5N～6N。將各氧化物原料裝入容器中混合均勻后裝入乳膠袋中，在油壓機內靜壓成型。將壓制成型的原料裝入高溫爐中進行多晶料合成。

制備Er:YSGG晶體(b＝0.9)

將拉晶料裝入晶體生長爐內的坩堝中后，并封閉爐門抽真空至爐膛壓力小于10Pa。坩堝尺寸為ф90×90mm。

然后關閉抽真空系統，向晶體生長爐中充入普通的保護性氣體Ar和2％的O₂(由于原料中的Ga₂O₃在高溫下容易揮發，通入一定量的O₂可以抑制Ga₂O₃的揮發，以保持原料的組成)。

然后升溫熔料、下籽晶、提拉生長和降溫取晶體。主要生長工藝參數為：籽晶方向<111>晶向，拉速1mm/h，轉速15r/min。

生長獲得的Er:YSGG晶體在馬弗爐中1200℃退火15h，之后進行激光棒光學粗加工和精加工。

制備得到的Er:YSGG晶體的晶體化學組成為Er_0.9Y_2.1Sc₂Ga₃O₁₂。

測試光學質量和光學均勻性

上述制備的Er:YSGG晶體加工成晶體棒，該晶體棒的尺寸為Φ4×100mm，按激光棒技術要求，對兩端面進行了光學精加工。其中消光比的測試條件為：采用線偏振光，波長1064nm，光斑尺寸Φ3mm。波前畸變的測試條件為：測試波長1064nm，光斑尺寸Φ3mm，用CCD進行圖像采集。散射顆粒測試條件為：200mW的532nm綠光通過晶體，肉眼觀測。測試結果示于表1。

測試激光性能

上述制備的Er:YSGG晶體加工成晶體棒，該晶體棒的尺寸為Φ4×100mm，晶體兩端鍍2.8μm增透膜，冷卻水溫為15±2℃，泵浦脈寬為300μs，重復頻率為1Hz，輸出鏡透過率為14％，采用InGaAs二極管側面泵浦，測定光光轉換效率和泵浦閾值來表示其激光性能。其激光性能測試結果如表2所示。

對比例2：

制備拉晶料