[發明專利]一種鉺鈥鐠三摻雜氟化鉛中紅外激光晶體及其制備方法

有效

• 申請號: 201810832140.3
• 申請日: 2018-07-26
• 公開（公告）號: CN109023524B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 張沛雄;黃杏彬;陳振強;朱思祁;尹浩;李真
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: C30B29/12
• 分類號: C30B29/12;C30B11/00;H01S3/16
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 陳燕嫻

本發明公開了一種鉺鈥鐠三摻雜氟化鉛中紅外激光晶體及其制備方法，本發明生長的鉺鈥鐠三摻雜氟化鉛晶體中，由于鉺離子能在980nm LD下激發，鉺離子的⁴I_11/2→⁴I_13/2躍遷可以產生2.7微米附近的熒光，同時鉺離子的⁴I_11/2能級傳遞一部分能量到鈥離子的⁵I₆能級，使得鈥離子的⁵I₆→⁵I₇躍遷產生2.9微米附近的熒光，從而實現中紅外光譜的半峰全寬高達330nm；而鐠離子的摻入既增強了鉺離子的⁴I_11/2能級與鈥離子的⁵I₆能級間的能量傳遞效率，同時又使得鉺離子的⁴I_13/2能級和鈥離子的⁵I₇能級的壽命大大降低，有利于實現粒子數反轉和實現激光輸出，降低激光閾值和提高激光效率。

技術領域

本發明涉及激光晶體材料技術領域，具體涉及一種鉺鈥鐠(Er³⁺、Ho³⁺、Pr³⁺)三摻雜氟化鉛(PbF₂)中紅外激光晶體及其制備方法。

背景技術

2.7～3.0微米波段激光在生物工程、醫療衛生、軍事等領域具有廣泛的應用前景，而且是可以通過非線性途徑獲得更長波長激光的理想泵源。目前在2.7～3.0微米波段研究比較集中的是利用摻Er³⁺的激光晶體如YAG、GGG和LYF等，而且2.94微米摻Er³⁺的YAG晶體已經獲得產業化。然而，摻Er³⁺的激光材料，一般在特定的基質中只能獲得固定波長的激光，而且鉺離子的⁴I_11/2→⁴I_13/2躍遷產生熒光時下能級壽命遠高于上能級，需要Er³⁺離子的高濃度摻雜通過上轉換的能量傳遞機制實現熒光輸出。另外，摻Ho³⁺的激光晶體中，缺乏泵浦源的問題制約了Ho³⁺的2.8～3.0微米的連續激光輸出。Ho³⁺不存在與Er³⁺類似的上轉換的能量傳遞機制，不能通過高濃度摻雜實現2.8～3.0微米的激光輸出，而且Ho³⁺的⁵I₆→⁵I₇躍遷發出2.9微米附近的熒光時下能級壽命遠高于上能級，導致容易出現上能級粒子數低于下能級粒子數，難以形成粒子數反轉，最終出現激光自終止，這是Ho³⁺離子難于實現2.8～3.0微米激光輸出的原因。但是，上述兩種離子可以摻入少量的退激活離子(Pr³⁺)大大降低激光下能級⁴I_13/2和⁵I₇的熒光壽命，從而為2.7～3.0微米連續激光輸出提供了一條有效可行的途徑。而Er³⁺除了能發出2.7～3.0微米熒光外，還可以作為Ho³⁺的敏化離子，有效解決其缺乏泵浦源問題。而Pr³⁺除了上述退激活作用降低了下能級壽命外，還增強了Er³⁺對Ho³⁺的敏化效果。最終由于Er³⁺的⁴I_11/2→⁴I_13/2及Ho³⁺的⁵I₆→⁵I₇的同時躍遷和Pr³⁺的退激活作用，實現3微米熒光光譜的展寬與增強。