[发明专利]共掺钠和镱正铌酸钙激光晶体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光晶体，特别是一种共掺钠和镱正铌酸钙激光晶体及其制备方法，用于产生1μm波段飞秒激光的Na⁺和Yb³⁺共掺的CaNb₂O₆激光晶体，该晶体分子式为Yb_xNa_yCa_(1-y-x/3)Nb₂O₆，其中x等于0.005～0.2，y等于0.0005～0.2。Yb_xNa_yCa_(1-y-x/3)Nb₂O₆晶体适合于InGaAs二极管泵浦。本发明通过Na⁺共掺提高了Yb:CaNb₂O₆晶体中的激活离子Yb³⁺的有效浓度。

背景技术

由于InGaAs激光二极管(LD)在0.9～1.1微米波长范围内的高发光性能，人们对Yb³⁺掺杂的材料作为高效率和高功率的激光系统的研究兴趣持续增长。Yb³⁺离子在近红外光谱区域简单的二能级结构使其具有非常低的量子缺陷(＜10％)，从而降低激光运作过程中的热载荷，避免上转换和激发态吸收等不利效应。相关的研究工作主要集中在Yb³⁺掺杂的氧化物激光基质，例如Yb₃Al₅O₁₂(YAG)，Ca₅(PO₄)₃F(FAP)，Y₂SiO₅(YSO)等(参见Opt.Lett.1991，16：1089；IEEE J.Quantum Electron.1994，30：170；Optical Mater.2002，19：81)。在氧化物晶体中，铌酸盐类晶体占有很重要的地位，几乎遍布功能晶体的各个应用领域。最新报道，掺镱的LiNbO₃:MgO晶体是具有较高转换效率的、能发射1060nm波长的激光材料。最近几年，纯的以及掺有Pr³⁺，Nd³⁺等稀土离子的CaNb₂O₆单晶光纤经常被报道，其吸收和发射带宽很宽，是一种有希望的近红外激光工作物质。

铌酸钙晶体CaNb₂O₆属于正交晶系，空间群为P2₁，是一种非线性光学晶体。将Yb³⁺掺到CaNb₂O₆晶体中，其中Yb³⁺呈无序结构分布，所以Yb:CaNb₂O₆是一种有希望的可调谐激光材料。最近我们研究的1.5at％掺杂浓度的Yb:CaNb₂O₆晶体已实现在1031nm波长的较高转换效率的激光输出。但是，在Yb:CaNb₂O₆晶体中Yb离子的外层电子结构倾向于充满4f壳层，形成稳定的4f¹⁴(Yb²⁺)结构。特别是进入CaNb₂O₆晶格中取代Ca²⁺，更容易以二价的形式存在，从而降低激活离子Yb³⁺的有效浓度(参见Phys.Rev.1969，184：348)。因此，如何抑制Yb³⁺:CaNb₂O₆晶体中Yb²⁺的形成，提高激活离子Yb³⁺的有效浓度，对于提高该激光材料的发光效率是很有意义的。

发明内容

本发明的主要目的是提高Yb:CaNb₂O₆激光晶体中Yb³⁺的浓度，提供一种共掺钠和镱正铌酸钙激光晶体及其制备方法，有效地阻止Yb²⁺的形成，提高有效激活离子Yb³⁺的浓度。

本发明的技术解决方案如下：