[发明专利]掺钕的硅酸镥钆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，特别是一种用于产生1μm波段超短脉冲激光输出的Nd³⁺掺杂的硅酸镥钆激光晶体(以下简称为Nd:(Gd_xLu_1-x)₂SiO₅)及其制备方法，该晶体适合于AlGaAs二极管泵浦。

背景技术

超短激光脉宽由皮秒发展到飞秒，能量从纳焦提高到焦耳量级，峰值功率从千瓦提高到太瓦、拍瓦量级，接近物理极限，其应用领域不断深入到物理学、化学、生物医学、机械、微电子学、超高速光通信等诸多领域。全固态大功率飞秒激光器具有高效高功率、体积小、成本低、波长多样化和系统高稳定性的特点，是超快超短脉冲激光器发展的必然趋势。

在当今研究比较热的超快激光材料中，掺Nd³⁺的材料具有四能级系统，容易获得激光的有效输出，其中掺Nd³⁺的晶体材料具有良好的热、机械和光学性能，是一种良好的激光增益介质。2009年，谢国强等人报道在Nd:Ca₃Li_xNb_1.5+xGa_3.5-xO₁₂(Nd:CLNGG)晶体中实现激光二极管泵浦的飞秒激光输出，获得了脉宽为900fs的锁模激光输出(G.Q.Xie，et al.，Subpicosecond pulse generation from a Nd:CLNGGdisordered crystal laser，Opt.Lett.34(2009)103-105)。这是目前为止在Nd³⁺掺杂晶体中所获得的最短锁模脉冲激光输出。在Nd:CLNGG晶体中，Li⁺、Nb⁵⁺和(或)Ga³⁺在晶格中八面体位置及四面体位置的无序分布导致光谱线的非均匀展宽，有利于超短脉冲激光产生。

(Gd_xLu_1-x)₂SiO₅晶体属于单斜晶系，具备高的非线性光学系数、良好的化学稳定性和高热导系数，并具有低对称性晶体结构和扭曲变形的双格位特征，能给激活离子提供良好的晶体场环境，有利于掺杂离子的能级分裂，从而拓宽发射光谱，有利于实现锁模超短脉冲输出。到目前为止，未见有Nd:(Gd_xLu_1-x)₂SiO₅晶体的相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于产生1μm波段超短脉冲激光输出的Nd³⁺掺杂的硅酸镥钆激光晶体(以下简称为Nd:(Gd_xLu_1-x)₂SiO₅)及其制备方法，该激光晶体的分子式为(Nd_yGd_x(1-y)Lu_(1-x)(1-y))₂SiO₅，它是能够采用AlGaAs二极管泵浦的，实现1μm波段超短脉冲激光输出的硅酸盐混晶激光材料。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于产生1μm波段超短脉冲激光输出的掺钕的硅酸镥钆激光晶体，其特点在于，该硅酸镥钆激光晶体的分子式为(Nd_yGd_x(1-y)Lu_(1-x)(1-y))₂SiO₅，其中y的取值范围为0.005～0.01，x的取值范围为0＜x＜1。

所述的掺钕的硅酸镥钆激光晶体的制备方法，包括下列步骤：

①原料配方：