[發(fā)明專利]一種2.7-3微米激光晶體及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210288495.3
• 申請日: 2012-08-14
• 公開（公告）號(hào): CN102787357A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫敦陸;羅建喬;陳家康;張會(huì)麗;劉文鵬;韓松;李為民;秦清海;程毛杰;張慶禮;殷紹唐
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): C30B29/24
• 分類號(hào): C30B29/24;C30B15/00;H01S3/16
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 成金玉

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2.7-3微米Er,Re:YAP激光晶體，其中Re=Pr³⁺,Eu³⁺,Ho³⁺,Tm³⁺或Tb³⁺，可以作為激活離子Er³⁺的能級(jí)耦合離子，降低Er³⁺的激光下能級(jí)壽命，可提高2.7-3微米激光輸出效率和功率。

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(gè)波段與水的強(qiáng)吸收峰位置重疊，因而水對(duì)它的吸收率特別高,是精細(xì)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(xué)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(shí)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(duì)抗(干擾)、紅外照明、激光雷達(dá)、自由空間通信、化學(xué)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。

YAlO₃(YAP)晶體是優(yōu)良的固體激光基質(zhì)材料，它是一種雙光軸晶體，屬正交晶系，其空間群為P_bnm，該晶體各向異性，使其具有很多優(yōu)點(diǎn)。第一，YAP晶體和YAG(Y₃Al₅O₁₂)晶體在熱力學(xué)及機(jī)械性能方面比較相似；第二，當(dāng)在較高功率泵浦的條件下，YAP晶體的自然雙折射超越熱雙折射而占主導(dǎo)地位，所以可以忽略由于熱雙折射帶來的不利影響；第三，三價(jià)稀土離子摻雜的YAP晶體可以產(chǎn)生線性偏振的激光。

已有在Er:YAP晶體中，獲得單脈沖能量240mJ的2.7μm激光輸出結(jié)果的報(bào)道(Zeng?Ruirong?et?al,A?2.7μm?Er:YAP?laser,Chinese?Journal?of?Laser,1990-S1:60-63)。但是由于Er³⁺激光下能級(jí)⁴I_13/2的壽命通常高于激光上能級(jí)⁴I_11/2,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(jí)上，不利于激光發(fā)射過程中保持足夠的粒子數(shù)反轉(zhuǎn),因此，不僅激光閾值高，而且激光輸出效率和功率均受到了影響。為了有效減小激光下能級(jí)⁴I_13/2的壽命，在晶體中摻入能級(jí)與⁴I_13/2接近的離子，通過離子間的共振能量轉(zhuǎn)移，也可加快激光下能級(jí)粒子的抽空速度。1988年，Huber等人(Huber,et?al,laser?pumping?of?Ho,Tm,Er?garnet?laser?at?room?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(jí)與⁴I_13/2能級(jí)接近，加速了激光下能級(jí)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Er,Re:YAP，其中Re=Pr³⁺,Eu³⁺,Ho³⁺,Tm³⁺或Tb³⁺等離子中分別有與Er³⁺離子的激光下能級(jí)⁴I_13/2接近的能級(jí)，通過能量傳遞可以加速Er³⁺離子的激光下能級(jí)⁴I_13/2的粒子抽空速率，減小壽命，在振蕩過程中激光介質(zhì)可以保持較高的增益，提高效率和功率。

YAlO₃(YAP)晶體中不含有昂貴的和易揮發(fā)的元素，因此使用YAP做為基質(zhì)，相對(duì)比較經(jīng)濟(jì)。YAP晶體的熱導(dǎo)率(11W/m·K)與YAG(13W/m·K)相接近。此外，以YAP為基質(zhì)的激光晶體可以忽略熱雙折射效應(yīng)帶來的不利影響，還可以實(shí)現(xiàn)偏振激光輸出。因此。Er,Re:YAP晶體將會(huì)是非常有前途的2.7-3μm新型激光晶體。