[发明专利]一种共掺敏化离子的铒离子激活的钆镓石榴石新型激光晶体

说明书

技术领域

本发明涉及激光晶体材料领域。

背景技术

2.6～3.0μm波段的激光在大气遥感、红外激光雷达、激光医疗和国防安全等领域具有广阔应用前景，特别是3.0um～5.0μm波段的中红外激光，是目前最缺乏和最急需的光源波段之一，它在国防和民用上都有着广泛的应用，在国防安全和环保上，由于该波段或是位于大气的传输窗口，是光电对抗和反导中必须依靠和应用的干扰源；因为是处于“分子指纹”区的缘故，还可以用来远距离探测化学物质，在反化学战和环境保护中起到关键性的作用。

Er³⁺离子激活的激光晶体均可产生2.6～3.0μm波段的激光光源。目前，已有报道采用氙灯泵浦Er:Y₃Al₅O₁₂(YAG)激光晶体可以在2.940um波段产生3.8W(10Hz，380mJ)的激光输出，在市场上已经商业化。在1994年德国Bradley.J报道了采用～970nm波段的LD激光泵浦Er³⁺:YAG、Er³⁺:Gd₃Ga₅O₁₂和Er:Y₃Sc₂Ga₃O₁₂(YSGG)激光晶体，分别在2.937um、2.821um和2.797um波段实现了143mW、155mW和190mW的激光输出，斜率效率分别为27％、26％和31％。Gd₃Ga₅O₁₂中Er³⁺激光上能级⁴I_11/2的寿命和下能级⁴I_13/2的寿命与YSGG的相近，但是Gd₃Ga₅O₁₂中Er³⁺激光上能级⁴I_11/2的寿命(0.96ms)要比YAG中Er³⁺激光上能级⁴I_11/2的寿命(0.12ms)长得多，下能级⁴I_13/2的寿命(3.4ms)也比YAG中Er³⁺激光下能级⁴I_13/2的寿命(7.25ms)短，因此，相对于YAG，Gd₃Ga₅O₁₂(GGG)晶体更适合于作为2.6～3.0μm波段的激光基质材料。

共掺Cr³⁺敏化离子不仅可以提高泵浦效率，还可以扩展晶体的可调谐激光波段，同时共掺Ho³⁺敏化离子，可以减小Er³⁺激光下能级⁴I_13/2的寿命，抑制Er³⁺离子产生1.54um激光的⁴I_13/2→⁴I_15/2跃迁，从而有利于2.6～3.0μm波段激光的输出，大大地提高了量子效率。目前国内已经有报道⁽¹⁾Cr，Yb，Ho：YSGG激光晶体在2.84～3.05μm波长之间实现了连续可调的激光输出，德国专家A.Hogele也报道了Cr:Er:YSGG的激光实验，采用氙灯泵浦晶体，在2.70um波段获得了0.6J的激光输出，斜率效率为0.36％。但是，目前对于波长2.6～2.8μm波段和3.0um波段的研究报道较少，特别是～2.7μm和3.0um波段的激光光源。

钆镓石榴石Gd₃Ga₅O₁₂(GGG)是一种优秀的激光基质材料，作为激光基质材料，它具有以下许多优点：

1.高的热导率：8Wm^-1K^-1；

2.低的热光效应：

3.具有较低的声子能量；

4.可以采用熔体提拉法生长大尺寸的晶体；

5.具有良好的物化性能，不溶于强酸强碱，硬度高，激光损伤阈值高；

6.对于稀土掺杂离子，在相应的泵浦波长处具有较大的吸收截面，并具有较大的发射截面；

7.具有高的热容，因此可以应用于高功率热容激光器；