[發明專利]一種自調Q的石榴石晶體及其制作的自調Q器件、自調Q脈沖激光器

有效

• 申請號: 201510079971.4
• 申請日: 2015-02-13
• 公開（公告）號: CN104711677B
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 張懷金;王樹賢;于浩海;王繼揚
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C30B29/28
• 分類號: C30B29/28;C30B13/22;H01S3/16
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司37219
• 代理人: 楊磊

技術領域

本發明涉及一種自調Q的石榴石晶體及其生長方法和利用該晶體制作的自調Q器件、自調Q脈沖激光器，屬于晶體生長和激光器件技術領域。

背景技術

調Q脈沖激光由于具有高的峰值功率，大的脈沖能量，和相對較短的脈沖時間等優勢，在工業加工，遙感測量和軍事對抗等領域具有很重要的潛在應用。調Q脈沖激光分為主動調Q激光和被動調Q激光。相對于主動調Q激光，被動調Q激光具有簡單緊湊和低成本的結構配置，因而得到了更多的研究和關注。對于被動調Q激光，飽和吸收體是其重要的組成部分。通過利用飽和吸收體本身的可飽和吸收特性(即：在高能量密度激光照射時可達到吸收飽和的高透過率，而低能量密度激光照射時達到未吸收飽和的低透過率)對腔內激光產生過程的損耗進行調節，從而達到調Q激光輸出的目的。產生被動調Q脈沖激光的飽和吸收體和激光增益介質如果分別進行設計會增加調Q激光器的空間復雜性和降低工作系統的穩定性，并限制其器件的集成小型化。通過把可飽和吸收激活離子和激光增益激活離子結合在一種基質中即可實現所謂的自調Q脈沖激光。此類自調Q器件具有更加簡單緊湊的結構設計和更加低廉的加工成本，從而更有利于脈沖激光器的集成小型化。

目前報道的自調Q材料主要有Re³⁺,Cr⁵⁺:LnVO4(Re＝Nd或Yb,A＝Y,Gd或Lu)和Re³⁺,Cr⁴⁺:Y₃Al₅O₁₂(YAG)(Re＝Nd或Yb)。Nd,Cr⁴⁺:YAG和Yb,Cr⁴⁺:YAG自調Q晶體已在科研領域得到了廣泛的研究。然而，對于此類晶體，摻進的Cr⁴⁺離子的半徑比替代的四面體格位上的Al³⁺離子(和)大，因而導致Re,Cr⁴⁺:YAG晶體中Cr⁴⁺離子的分凝系數比較小。從而增加了晶體的應用長度及阻礙了自調Q器件的小型化。此外Cr⁴⁺離子在YAG中小的基態吸收截面和大的激發態吸收截面增加了的腔內非飽和吸收損耗從而影響了其飽和吸收調制性能。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種自調Q的石榴石晶體及其制作的自調Q器件、自調Q脈沖激光器。所述的自調Q的石榴石晶體是釹或鐿與四價鉻離子雙摻鎵石榴石或鎵鈧石榴石晶體。

本發明還提供一種自調Q的石榴石晶體的生長方法。

本發明還提供自調Q器件的制備以及一種自調Q脈沖激光器。

本發明的技術方案如下：

一種自調Q的石榴石晶體，通式為(Re_yCa_zA_1-y-z)₃(Sc_xGa_1-x)₂(Cr_zGa_1-z)₃O₁₂，其中，Re＝Nd或Yb，A＝Y，Gd或Lu，0≤x≤1，0<y≤1，0.00001≤z≤0.1；具有Ia-3d空間群結構。摻入Ca²⁺離子的作用是來進行電荷補償以維持晶體內部的電荷平衡。

本發明的自調Q的石榴石晶體用于自調Q脈沖激光器中可實現自調Q激光輸出。

根據本發明優選的，當摻雜Nd³⁺和Cr⁴⁺離子時，所述石榴石晶體可實現輸出波長為0.9μm(⁴F_3/2→⁴I_9/2)、1.06μm(⁴F_3/2→⁴I_11/2)的自調Q脈沖激光；

當摻雜Yb³⁺和Cr⁴⁺離子時，所述石榴石晶體可實現輸出波長為1μm(²F_5/2→²F_7/2)左右的自調Q脈沖激光。

對于摻雜Nd³⁺和Cr⁴⁺離子的晶體，優選的：Nd³⁺濃度0<y≤0.01，Cr⁴⁺濃度0.0001≤z≤0.01。進一步優選，0.005≤y≤0.01，0.0003≤z≤0.002。