[发明专利]掺镱正铌酸钙激光晶体及其生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光晶体，特别是一种掺镱正铌酸钙激光晶体及其生长方法，化学式为Yb_xCa_(1-2x/3)Nb₂O₆(0.005≤x≤0.2)，(简称为Yb:CaNb₂O₆)。本发明是一种用于产生1μm波段飞秒激光的激光晶体，它适合于InGaAs二极管泵浦。

背景技术

掺镱(Yb³⁺)激光材料在900-980nm范围具有较强的吸收，能与高效的InGaAs激光二极管(波长为900-1100nm)有效地耦合，加之它能级简单，抽运波长与振荡波长相近，量子效率高，这些优点十分有利于在1000nm附近实现超快高功率激光输出。掺镱激光材料的发射谱带越宽，愈容易实现宽调谐和高功率超快激光的输出。因此，随着高性能InGaAs激光二极管的发展和成本的降低，近年来，寻求具有宽发射谱的Yb掺杂激光增益介质材料引起了人们的极大兴趣。一般而言，Yb离子占据基质中低对称性的格位或多种格位，非常有利于Yb的吸收和发射光谱的宽化。至今，已发现有较宽发射谱带适宜于宽调谐超快激光输出的Yb激光材料主要有：Yb:Phosphate QX玻璃，Yb:Sr₃Y(BO₃)₃(Yb:BOYS)，Yb:SrY₄(SiO₄)₃(Yb:SYS)，Yb:Y₂SiO₅(Yb:YSO)和Yb:Lu₂SiO₅(Yb:LSO)等材料(参见2002年J.Opt.Soc.B.，Vol.19(5)，p.1083，2004年Opt.Lett.Vol.29，p.1879，和2005年Opt.Lett.Vol.30p.857)。

飞秒激光在超快时间分辨光谱、微电子加工、光钟、计量、全息、高容量光通讯等众多领域有着广泛的应用。目前商业化的飞秒激光器多为锁模钛宝石激光器，但由于钛宝石的吸收谱位于可见光的范围，通常采用515nm氩离子激光器或532nm的绿光激光器作为泵浦源，使激光器结构复杂，限制了其更广泛的应用。多年来人们一直在追求用激光二极管泵浦可以直接产生飞秒激光输出的激光材料，并希望研制成可以提供实际应用的飞秒激光器。

2006年，法国Y.Zaouter等人报道在Yb:CaGdAlO₄晶体中实现激光二极管泵浦的飞秒激光输出。采用980nm光纤耦合激光二极管泵浦获得了脉宽为46fs(飞秒)的锁模激光输出。在Yb:CaGdAlO₄晶体中，Yb³⁺、Ca²⁺和Gd³⁺的离子半径接近，导致离子在晶格位置的无序分布，从而引起光谱线的非均匀展宽，有利于超短脉冲激光产生。

在含有二价碱土金属的基质晶体中，当掺入稀土离子时，稀土离子取代二价碱土金属离子格位，由于电荷补偿的影响，晶体中出现部分畸变结构，掺入的稀土离子和碱土金属离子的相互位置不固定，晶体中稀土离子具有无序结构，稀土离子的吸收和发射谱线都比较宽，可提高激光二极管泵浦的激光效率，有利于宽的波长调谐和锁模脉冲激光的输出。

正铌酸钙晶体CaNb₂O₆属于正交晶系，空间群为D_2h¹⁴，是一种优良的激光基质晶体。将Yb³⁺掺到CaNb₂O₆晶体中，该晶体中Yb³⁺无序结构分布，有可能是一种有前途的激光晶体，有望实现飞秒激光输出。

发明内容

本发明的目的在于公开一种掺镱正铌酸钙激光晶体及其生长方法，以获得适用InGaAs激光二极管有效泵浦的输出飞秒激光的激光晶体。

本发明的技术解决方案如下：

一种掺镱正铌酸钙激光晶体，其特点是该掺镱正铌酸钙激光晶体的化学式为Yb_xCa_(1-2x/3)Nb₂O₆，其中x的取值范围是：0.005≤x≤0.2，简称为Yb:CaNb₂O₆，该晶体的熔点为1560℃，相变点为925℃，晶体无色。

一种掺镱正铌酸钙激光晶体的生长方法，包括下列步骤：