[发明专利]一种共掺铬和镨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相应于⁴I_11/2→⁴I_13/2跃迁的2.6～3.0μm波段的激光发射。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％。

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。另外，由于Er³⁺的⁴I_13/2→⁴I_15/2跃迁产生1.54um激光，与⁴I_11/2→⁴I_13/2跃迁产生2.6～3.0μm激光形成强烈的竞争，使得2.6～3.0μm波段的激光阈值很高，转换效率很低，然而当共掺Pr³⁺敏化离子时，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⁴I_13/2→⁴I_15/2跃迁的竞争，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(具体的敏化机理如附图1所示)。