[發明專利]一種摻銩BGSO人眼安全激光晶體及其制備方法

在審

• 申請號: 202110942567.0
• 申請日: 2021-08-17
• 公開（公告）號: CN113699582A
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發明（設計）人: 徐家躍;馬振振;陳媛芝;邵躍欽
• 申請（專利權）人: 上海應用技術大學
• 主分類號: C30B11/00
• 分類號: C30B11/00;C30B29/22;H01S3/16
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩

本發明公開了一種摻銩硅鍺酸鉍激光晶體及其制備方法。分子式為(Tm_xBi_1?x)₄(Ge_ySi_1?y)₃O₁₂，其中，x的取值范圍為0.005?0.15，y的取值范圍為0.1?0.9。將原料粉末按比例混合后燒結，研磨后，再次燒結，得到摻銩硅鍺酸鉍多晶料；將籽晶放入坩堝的種阱部位并固定，將摻銩硅鍺酸鉍多晶料裝進坩堝中并封好，移入引下管；將引下管置于晶體爐內，待坩堝內的多晶料完全熔化后，保溫2～4h；以0.2～0.5mm/h的速度下降引下管，進行晶體生長。本發明制得的摻銩硅鍺酸鉍激光晶體在1.5～2.0μm范圍具有高強度寬帶發光，可實現大功率激光輸出，在激光測距雷達、空間通信方向具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種摻銩硅鍺酸鉍人眼安全激光晶體及其制備方法，屬于激光晶體材料技術領域。

背景技術

1.5～2.0μm近中紅外光位于大氣窗口之內，處于“人眼安全”波段，因而對大氣有強穿透力，水分子對該波段也有較強烈吸收。這些特性使它在測距、相干激光雷達、大氣傳感以及醫療手術等領域得到廣泛的應用，同時大功率2μm激光也是中紅外3～5μm光參量振蕩器的良好泵浦源。因此，優質的2μm激光光源，尤其大功率2μm的超快激光成為了當前研究的熱點。

Tm離子是一種常見的激光增益離子，Tm³⁺離子的³H₄→³F₄、³H₆→³F₄躍遷覆蓋了1.5～2.0μm波段，可以實現1.5～2.0μm的激光輸出。近些年有人采用Tm³⁺摻雜石榴石、氟化物晶體等眾多的晶體都實現了1.5～2.0μm波段的人眼可見激光輸出，這些激光晶體材料晶格結構有序，發射光譜較窄，實現的鎖模脈沖一般在ps量級，這對于現在需求的更短脈寬的超快激光是遠遠不夠的，不易實現大功率高強度超快激光輸出。通過摻雜離子取代原有晶格的離子，可以使得晶體中的晶格的尺寸發生變化，從而提高晶體的無序性，使得激活離子能級與空間隨機變化的晶格振動能級相耦合，從而促使激光上下能級分裂形成更寬激光光譜，更有利于實現超快激光輸出。硅鍺酸鉍混晶屬于立方晶系，它是通過Si⁴⁺隨機替代Ge⁴⁺的格點，Si⁴⁺并不完全滿足晶格匹配，從而使晶體變得無序。于是，BGSO混晶結合了BGO晶體與BSO晶體的特點，具有優良的熱學、光學性能，此外其熒光光譜產生了明顯展寬，可以實現大功率超快激光輸出。Tm³⁺摻雜硅鍺酸鉍晶體的研究目前沒有任何報道，通過摻雜相應的稀土離子可以實現其在1.5～2.0μm寬帶發光，對于高功率人眼安全激光發展有很大的應用價值。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：如何提高硅鍺酸鉍混晶生長質量及功率，以如何實現高功率近紅外人眼安全激光發射的問題。

為了解決上述問題，本發明提供了一種摻銩硅鍺酸鉍激光晶體，分子式為(Tm_xBi_1-x)₄(Ge_ySi_1-y)₃O₁₂，其中，x的取值范圍為0.005-0.15，y的取值范圍為0.1-0.9。此種混晶材料提供較大的晶體分裂能，使得其在1.5～2.0μm具有高的發光強度與較大的發射帶寬，具有大的人眼安全波段的激光輸出潛力。

本發明還提供了上述摻銩硅鍺酸鉍激光晶體的制備方法，包括以下步驟：

步驟1)：將Tm₂O₃、Bi₂O₃、GeO₂、SiO₂粉末按照分子式的配比進行稱重；