[发明专利]一种新型的1.54μm波段稀土离子激活的钆镓石榴石激光晶体

说明书

技术领域

本发明涉及激光晶体材料领域。

背景技术

1.5μm波段激光是对人眼安全的光源，在光通讯、医疗、激光探测和测距等领域具有广泛的应用。

掺Er³⁺离子的⁴I_13/2→⁴I_15/2跃迁可以产生～1.5μm波段的激射，但是其激光效率很低，这主要是Er³⁺离子吸收泵浦源的效率很低引起的，为此，可以共掺Yb³⁺离子来敏化Er³⁺离子，采用980nm波段的LD激光泵浦源抽运，实现Yb^3+ 2F_5/2→Er^3+ 4I_11/2的能量传递，从而提高泵浦效率。由于Er³⁺离子从泵浦能级⁴I_11/2到激光上能级⁴I_13/2的荧光分支比仅10～20％，所以一般情况下采用高声子能量的材料作为激光基质材料，可以有利于⁴I_11/2到激光上能级⁴I_13/2的无辐射跃迁几率，大幅度提高激光上能级⁴I_13/2的粒子布居比例，从而提高激光效率。例如，磷酸盐玻璃的有效声子效率非常高(～1300cm^-1)，因此Er掺杂的磷酸盐激光玻璃在～1.54μm波段的激光效率达到最高(～35％)；然而山东大学采用980nm激光二极管泵浦Yb:Er:Ca₄YO(BO₃)₃晶体的连续激光运转的效率只有26％；中科院福建物质结构研究所研制的Yb:Er:YAl₃(BO₃)₄准连续激光运转的效率也只有21％。但是激光输出效率仍然很低(<40％)，究其原因，主要是高声子能量的基质固然可以提高Er³⁺离子从泵浦能级⁴I_11/2到激光上能级⁴I_13/2的无辐射跃迁几率，但是同时也不可避免地增加了Er³⁺离子激光上能级⁴I_13/2到下能级⁴I_15/2的无辐射跃迁几率，从而降低了～1.54μm波段的荧光量子效率，例如：Yb:Er:Ca₄YO(BO₃)₃的⁴I_13/2能级的辐射寿命为6ms，而荧光寿命仅为1.26ms，即荧光量子效率仅21％；而Er:YAB的量子效率仅7.0％。