[發明專利]一種以氟化物為基質材料的鐵鈥共摻激光晶體及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202110087755.X
• 申請日: 2021-01-22
• 公開（公告）號: CN112921398B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 張沛雄;牛曉晨;李真;陳振強
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: C30B29/12
• 分類號: C30B29/12;C30B11/00;C30B28/06;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: 蘇運貞

本發明公開了一種以氟化物為基質材料的鐵鈥共摻激光晶體及其制備方法與應用，涉及激光晶體技術領域。本發明晶體選取氟化物作為基質材料，鐵離子作為激活離子，發光范圍位于中紅外波段，三價鈥離子兩激發態之間的能級躍遷發出的熒光光譜與二價鐵離子的吸收光譜匹配度非常高，所以選取三價鈥離子作為二價鐵離子的敏化離子，以實現高功率的中紅外激光輸出。該晶體可以用于3～5微米中紅外激光輸出，在激光光譜學、激光醫療、衛星傳感、環境監測、軍事對抗、分子檢測等領域有著重要的應用價值和前景。

技術領域

本發明涉及激光晶體技術領域，具體涉及一種以氟化物為基質材料的鐵鈥共摻激光晶體及其制備方法與應用。

背景技術

中紅外波段激光在大氣傳輸過程中衰減小，同時覆蓋了許多原子、分子的吸收峰，被稱為紅外第二大氣窗區，在激光雷達、遙感、醫療診斷、環境監測、空間光通訊、激光光譜學、醫療美容、工業加工以及光電對抗等領域均有重要的應用。目前實現中紅外激光發射的主要方式有:利用倍頻或者差頻技術、采用光參量振蕩的方法、量子級聯激光器、直接抽運能實現中紅外激光輸出的摻雜稀土離子的激光晶體或者光纖等方法。

本發明旨在尋找能夠直接泵浦產生中紅外激光的激光材料。鐵離子摻雜的激光晶體是輸出中紅外波段激光的有效激光材料之一，其晶體具有超寬的吸收光譜和熒光光譜，在中紅外波段具有良好的寬帶可調諧與高脈沖能量輸出特性。選取氟化物為基質晶體，其熱穩定性良好、聲子能量低、儲能高，有利于實現高效率的中紅外激光輻射。然而目前基于鐵離子實現有效的中紅外激光輸出的發展相對滯后，主要原因為：泵浦源局限于2.7～3.0微米的中紅外激光器，該類激光器的泵浦系統復雜、穩定性差、激光輸出能量低、效率低。

因此，研究開發輸出3～5微米中紅外波段的激光材料具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種以氟化物為基質材料的鐵鈥共摻激光晶體。該激光晶體可以用于中紅外波段的激光輸出，在激光光譜學、激光醫療、衛星傳感、環境監測、軍事對抗、分子檢測等領域有著重要的應用價值和前景。

本發明的目的可以通過如下技術方案達到：

一種以氟化物為基質材料的鐵鈥共摻激光晶體，所述激光晶體選取氟化物作為基質材料，二價鐵離子作為激活離子，發光范圍位于中紅外波段，三價鈥離子作為二價鐵離子的敏化離子。

所述激光晶體在激光器泵浦下，鈥離子有效吸收能量，其能級躍遷的能量在基質材料聲子能量的輔助下，發生從鈥離子到鐵離子的能量傳遞，將能量傳遞給鐵離子，實現鈥離子的敏化功能，使晶體適合激光器泵浦。

所述激光晶體的摻雜離子濃度配比如下：鐵離子的摻雜濃度范圍為：0.1～50mol％，鈥離子的摻雜濃度范圍為：0.1～20mol％。

所述氟化物為除了氟化鈥和氟化亞鐵之外的AF_n型氟化物或A_mB_nF_p型氟化物。

所述AF_n型氟化物包括但不限于氟化釔、氟化鋇、氟化鋰、氟化鉛、氟化鈣、氟化鎂等。

所述A_mB_nF_p型氟化物包括但不限于氟化釔鋇、氟化釔鋰等。

所述激光晶體用于實現3～5微米中紅外波段的激光輸出。

上述以氟化物為基質材料的鐵鈥共摻激光晶體的制備方法，包括以下步驟：選取氟化鈥、氟化亞鐵以及一種或多種除氟化鈥和氟化亞鐵之外的氟化物為原料，按照摻雜離子濃度配比進行配料，混合，研磨，使用坩堝下降法進行晶體生長，獲得目標產物。

優選的，為提高晶體質量，所有原料的純度均達到99.999％。