[發明專利]一種中紅外激光晶體材料

在審

• 申請號: 201810411501.7
• 申請日: 2018-05-02
• 公開（公告）號: CN108486655A
• 公開（公告）日: 2018-09-04
• 發明（設計）人: 王燕;涂朝陽;游振宇;李堅富;朱昭捷
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: C30B29/22
• 分類號: C30B29/22;C30B15/00;H01S3/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本申請公開了一種中紅外激光晶體材料，其特征在于，化學式為BaNd_xHo_yLa_(1?x?y)Ga₃O₇；其中，0.01≤x≤0.05，0.1≤y≤0.3；所述晶體材料屬于四方晶系，空間群；所述晶體材料由GaO₄四面體形成層狀電負性骨架結構，Nd³⁺、Ho³⁺、Ba²⁺和La³⁺分布在層間，具有無序晶體結構。通過在Ho³⁺激活BaLaGa₃O₇晶體中摻入Nd⁺離子，大幅增強了晶體對泵浦光的吸收效率，實現LD泵浦的～2.86μm波段高效激光輸出，增強了晶體在中紅外波段的熒光發射，大大地減少⁵I₇的壽命和粒子數，抑制了自終態瓶頸效應，振蕩過程中激光介質保持較高的增益，提高了激光輸出的斜率效率。

技術領域

本發明涉及一種新型的中紅外激光晶體材料、其制備方法及應用，屬于無機晶體材料領域。

背景技術

～2.8μm中紅外波段激光在軍事和民用兩個方面都有非常重要的應用，是目前國內外激光界的研究熱點之一。由于大氣中的水蒸氣和其它氣體(包括CO、CO₂和N₂O等)在該波段存在非常強烈的振動吸收峰，例如對水的吸收系數為1，而對比1.06μm只有10^-4，因此，該波段激光在醫學上可用于組織切割與縫合、牙科、眼科、神經外科手術、皮膚美容等；被廣泛應用于探測低濃度、造成大氣污染和溫室氣體效應的氣體分子，在大氣環境監測中發揮重要作用；監測人類的呼吸氣體，開展醫學診斷。除此之外，該波段激光在光通訊、激光制導和光電對抗、遙感地形探測等領域都有著十分重要的應用。

摻雜Ho³⁺的激光晶體可實現該波段激光的輸出，是由于Ho³⁺在⁵I₆態和⁵I₇態之間躍遷產生的輻射波長剛好位于～2.8μm范圍內，目前已有少量Ho³⁺激活的晶體實現了該波段激光輸出，但激光重頻低、激光輸出功效較低，難以實現高重頻、大功率激光輸出，限制了激光器的應用。隨著科技的飛速發展，對鈥激光器激光性能的要求也越來越高，例如在飛秒激光治療近視中，通常要求激光輸出脈沖寬度為飛秒量級，現有鈥激光器還達不到要求。

目前鈥激光器的主要問題有：(1)在980nm、800nm等波長附近無吸收，無法采用商業化的LD泵浦源對晶體進行激光性能測試；(2)存在多種強烈競爭的躍遷發光渠道，包括紅、綠可見波段上轉換、近紅外發光等；(3)發光效率低；(4)由于激光下能級壽命遠大于上能級壽命，造成激光運轉時粒子數難以正常反轉，即存在所謂的自終態瓶頸效應。

發明內容

根據本申請的一個方面，提供一種新型的中紅外激光晶體材料，即Nd,Ho:BaLaGa₃O₇晶體。在Ho³⁺激活BaLaGa₃O₇晶體中共摻入Nd³⁺離子，大幅增強了晶體對泵浦光的吸收效率，利用Nd³⁺離子對半導體LD泵浦源的高吸收效率，把能量敏化傳遞給Ho³⁺離子，從而實現LD泵浦的～2.8μm波段高效激光輸出，增強了晶體在中紅外波段的熒光發射；同時，大大地減少⁵I₇的壽命和粒子數，抑制了自終態瓶頸效應，振蕩過程中激光介質保持較高的增益，提高了激光輸出的斜率效率。

所述晶體材料，其特征在于，化學式為：

BaNd_xHo_yLa_(1-x-y)Ga₃O₇