[发明专利]掺铥钬硅酸镥钇激光晶体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光材料，特别是一种掺铥钬(包括掺铥，掺钬及铥钬共掺)硅酸镥钇激光晶体及其制备方法。

背景技术

激光二极管(简称LD)泵浦掺Tm³⁺/Ho³⁺(包括单掺Tm³⁺、Ho³⁺以及双掺杂Tm³⁺和Ho³⁺)固态激光器具有结构紧凑、光束质量好、能满足雷达发射源线宽和脉宽的傅立叶变化极限要求等特点，是实现高效2μm波段连续以及调Q脉冲激光输出最有效的途径之一。掺Tm³⁺/Ho³⁺固态激光器主要包括以下三种：

1)掺Tm³⁺固体激光器，是2μm波段最重要的固体激光器。Tm³⁺离子790nm附近吸收与商用激光二极管匹配良好，2μm波段激光输出对应³F₄-³H₆能级之间的跃迁，具有荧光寿命长、由于Tm³⁺离子对的交叉驰豫，Tm³⁺离子的量子效率接近200％等特点，可实现连续波高功率激光输出。已实用化的有Tm:YAG，Tm:LuAG，Tm:YAP，Tm:YLF/LuLF等，其中Tm:YAG在2.01μm的功率最高达120W(参见2000年OpticsLetters 25卷21期1591页)。但目前掺Tm³⁺固体激光器普遍存在比较严重的热效应，激光性能受温度影响大，大能量激光输出需要良好的冷却条件等缺点。

2)掺Ho³⁺固体激光器，其2μm波段激光输出对应Ho³⁺的⁵I₇-⁵I₈ Stark能级之间的跃迁，具有受激发射截面大(是Tm³⁺的5倍多)、激光上能级寿命长(有利于储能)、输出波长大于2um(更有利于中远红外非线性频率转换应用)等特点，主要用于高峰值功率、高频脉冲激光输出。但掺Ho³⁺激光晶体没有合适的LD泵浦源，常利用1.9μmTm³⁺激光器谐振泵浦实现激光输出。

3)共掺Tm³⁺和Ho³⁺固体激光器，由于Ho³⁺的⁵I₇能级与Tm³⁺的³F₄能级相匹配，两者之间容易实现有效的能量传递，利用Tm³⁺敏化Ho³⁺可实现大于2μm焦耳级大能量脉冲激光输出，但Tm³⁺与Ho³⁺之间能量相互传递的同时易产生上转换发光，后向能量转移等过程，影响激光上能级粒子数聚集，降低激光效率。如应用于全球测风系统的Tm，Ho:LuLiF₄激光器最高单脉冲能量达1J，而其最高斜率效率只有16.5％(参见2006年Optics Letters 31卷4期462页)。因此寻找合适的激光基质提高Tm³⁺与Ho³⁺之间能量传递效率来提高激光输出效率，是发展Tm³⁺和Ho³⁺共掺固体激光器的关键。

综上，目前已有掺Tm³⁺/Ho³⁺激光晶体存在激光阈值偏高，斜效率偏低(和Tm³⁺理论斜效率80％相差较远)等缺点，仍然不能满足人眼安全相干雷达和非线性频率转换等应用对低阈值、高效率、全固态中红外固体激光器的需要。特别是全球‘风响’系统的建立过程中，具有低泵浦阈值、高激光输出效率、和优良热力学性能的掺Tm³⁺/Ho³⁺激光晶体仍是人们孜孜不倦的追求目标。

发明内容

本发明的目的在于突破现有激光基质晶体的局限，提供一种掺铥钬硅酸镥钇激光晶体及其制备方法。该晶体应具有热力学性能良好，可实现低阈值高效率宽调谐的性能优良的2μm波段激光晶体材料。

本发明的技术解决方案如下：