[发明专利]一类铒离子激活硼酸盐激光晶体及其制备方法与用途

说明书

技术领域

本发明涉及激光晶体和器件领域。

背景技术

1.5-1.6μm波段处于光纤通信窗口和大气传输窗口，而且该波段激光对人眼安全，因此1.5-1.6μm波段激光器被广泛应用于国防和民用领域。此外，其750-800nm波段的倍频激光还可用于光谱分析、微量气体探测、医学以及环境监测等众多领域。目前，获得1.5-1.6μm波段激光器的技术途径主要有以下三种：

(1)半导体激光器直接输出；

(2)利用非线性光学技术将1.06μm波段的Nd³⁺固体激光转换到1.5-1.6μm波段；

(3)半导体泵浦掺Er³⁺离子的固体材料实现1.5-1.6μm波段激光输出。其中，第一种途径的半导体激光由于输出光束质量较差，激光波长随工作温度和输出功率而变化，在许多实际应用中受到了限制；第二种途径是将常见的1.06μm波段激光经过频率转换间接获得1.5-1.6μm波段激光，整个激光器系统结构复杂，稳定性和可靠性较差且成本较高；第三种途径是通过Er³⁺离子⁴I_13/2→⁴I_15/2能级跃迁实现固体激光输出，有望同时实现高光束质量和稳定可靠的1.5-1.6μm波段的激光运转。目前实现此波段激光输出且运转效率和输出功率均较高的的基质晶体材料主要有：LaSc₃(BO₃)₄、硼酸钙氧盐和硼铝酸盐等晶体。这些硼酸盐晶体物化性能稳定，制备成本低廉，因而受到广泛的关注。

发明内容

本发明的目的在于制备一类可作为固体激光增益介质的以Er³⁺为激活离子的硼酸盐晶体，通过控制晶体中Er³⁺离子和其它敏化离子的浓度，实现1.5-1.6μm波段激光运转。

本发明包括如下技术方案：

1.一类Er³⁺离子激活的硼酸盐激光晶体，该类晶体的分子式为Er_xR_yRe_(2-x-y)M₃(BO₃)₄，其中x＝0.05-10mol％，y＝0-60mol％，R为Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Tm、Yb稀土元素中某一元素或若干元素的组合，Re为Sc、Y、La、Gd、Lu元素中某一元素或若干元素的组合，M为Sr、Ca、Ba等碱土金属元素中某一元素或若干元素的组合，R为敏化剂，该类晶体属于正交晶系，为双轴晶，空间群为Pnma，该类晶体的单胞参数为α＝β＝γ＝90。

2.如项1所述晶体的制备方法，所述晶体采用提拉法进行生长，其制备工艺如下：采用符合Er_xR_yRe_(2-x-y)M₃(BO₃)₄摩尔比的MCO₃、Er₂O₃、R₂O₃、Re₂O₃和过量1-5mol％的H₃BO₃为原料，使其固相反应充分，然后将反应后的产物置于单晶提拉炉中进行晶体生长，拉速为0.5-3.0mm/h，转速为10-30rpm，纵向的固液界面温度差为10-30℃，最后经退火完成生长过程。

3.一种输出1.5-1.6μm波段激光的固体激光器，由泵浦系统、激光腔和激光增益介质组成，该激光器以项1所述的激光晶体作为增益介质，采用发射光能被该激光晶体有效吸收的泵浦源。

4.如项3所述的激光器，直接在激光晶体的两端面镀膜，构成一台没有入射腔镜和出射腔镜的激光器。

5.一种输出1.5-1.6μm波段激光的可调谐激光器，在项3所述固体激光器的激光腔中插入调谐元件，获得1.5-1.6μm波段的可调谐激光运转。

6.一种输出1.5-1.6μm波段激光的脉冲激光器，在项3所述固体激光器的激光腔中插入调Q或锁模元件，获得1.5-1.6μm波段的脉冲激光运转。

7.一种输出750-800nm波段激光的倍频激光器，在项3所述固体激光器的激光腔中插入非线性光学晶体，获得750-800nm波段的倍频激光运转。