[發明專利]過渡金屬摻雜硫化鋅或硒化鋅平面波導材料及制備方法

有效

• 申請號: 201410647376.1
• 申請日: 2014-11-14
• 公開（公告）號: CN104441849A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 姜本學;彭雅珮;張龍;范金太;毛小建
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: B32B18/00
• 分類號: B32B18/00;C04B37/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純;張寧展

技術領域

本發明涉及激光增益材料，特別是一種過渡金屬離子摻雜硫化鋅或硒化鋅平面波導材料及制備方法。

背景技術

中紅外(2～5μm)波段正好處于大氣的兩個傳輸窗口(1-3μm,3-5μm)，也同時位于“分子指紋區”和“大氣窗口區”，并且覆蓋了許多重大大氣分子的特征譜線，可廣泛應用于遙感、測距、制導、通訊、紅外光電對抗和干擾、氣體探測、光譜分析及激光醫療等，在紅外波段光源中占有重要位置。目前實現2～5μm中遠紅外固體激光的主要方式有：差頻(DFG)，光學參量振蕩(OPO)和光學參量放大(OPA)幾種方式。這些方法決定了中紅外激光的器件復雜性和功率低，使得在實際的應用上存在很多問題。所以找到能夠直接泵浦而產生中遠紅外激光的固體激光材料一直是各國科學家研究的熱點。

固體激光器的發展就是朝著降低激光介質材料熱效應以提高輸出功率和輸出光束質量的目的發展，固體激光器的激光介質材料有棒狀轉變為板條狀，抽運源由燈轉變為激光二極管，并選擇激光二極管光譜與激光介質吸收光譜相匹配，使得激光二極管抽運的固體激光器中激光介質材料的熱效應大為降低，但是在激光介質材料吸收的泵浦能量中，仍有很大一部分光能轉化為熱能沉積在介質內部，而散熱又要求對其表面進行冷卻，這使得激光介質材料內部產生溫度梯度和熱應力，從而引起介質材料折射率發生變化，導致熱效應的存在，尤其是在高功率固體激光器中激光介質材料的熱效應極為顯著，這一方面導致光束質量的破壞，如熱透鏡效應、熱致雙折射退偏、熱致波前畸變等，另一方面，熱應力過大甚至會使激光介質材料炸裂，制備了泵浦功率密度的提高，進而影響輸出激光能量和重復頻率的提高。固體激光介質材料的熱效應嚴重制約著固體激光器的發展，因此迫切需要對激光介質中的熱效應進行控制，尋找能夠良好的降低介質熱效應的材料具有重要意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種過渡金屬離子(Cr²⁺、Co²⁺、Fe²⁺)摻雜硫化鋅或硒化鋅平面波導材料及其制備方法，該方法制備的過渡金屬離子摻雜硫化鋅或硒化鋅三明治復合平面波導結構激光材料，激光泵浦產生的熱能能迅速被周圍兩面YAG或Al₂O₃板條導走，達到降低泵浦閾值和有效控制激光熱效應的目的。制備方法簡便，適宜批量生產，能夠滿足中紅外激光技術迅猛發展的市場需求，具有重大突破意義。

本發明的技術解決方案如下：

一種過渡金屬離子摻雜硫化鋅或硒化鋅平面波導材料，特點在于其構成是在過渡金屬離子摻雜的硫化鋅或硒化鋅陶瓷的兩面與YAG或Al₂O₃板條復合形成的三明治結構。

所述的過渡金屬離子摻雜的硫化鋅或硒化鋅平面波導激光材料的制備方法，該方法包括下列步驟：

①將中紅外透過率達72％以上、過渡金屬離子摻雜濃度達10¹⁸/cm²的數量級以上的過渡金屬離子摻雜硫化鋅或硒化鋅陶瓷，切割成厚度為2～5毫米的片狀，兩面拋光形成過渡金屬離子摻雜硫化鋅或硒化鋅陶瓷片；

②在所述的過渡金屬離子摻雜硫化鋅或硒化鋅陶瓷片的兩面同時夾上YAG或Al₂O₃板條，然后放入真空或使用氣氛保護(N₂、H₂、O₂)的熱壓爐中，保持溫度在850～950℃，壓力在3～4噸/厘米²的條件下熱壓復合，保溫保壓時間為30～60分鐘，得到過渡金屬離子摻雜的硫化鋅或硒化鋅陶瓷三明治復合平面波導激光材料。

本發明的技術效果：

1.由于過渡金屬離子(Cr²⁺、Co²⁺、Fe²⁺)摻雜的硫化鋅或硒化鋅與YAG或Al₂O₃板條形成的三明治結構平面波導，在泵浦光入射時能降低泵浦閾值，而三明治結構能將材料所產生的熱能快速導走，達到有效的散熱效果，輸出效率能提高30％以上。此過渡金屬離子(Cr²⁺、Co²⁺、Fe²⁺)摻雜硫化鋅或硒化鋅三明治復合平面波導結構激光材料可以滿足中紅外激光領域，有效解決激光熱效應對激光輸出質量的影響，并降低泵浦閾值提高斜率效率達到高功率輸出，滿足日益發展的激光技術及紅外光學的需要。