[发明专利]掺铒硅酸镥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，特别是一种掺铒硅酸镥激光晶体及其制备方法，它适合于InP二极管和铒光纤激光器进行谐振泵浦。

背景技术

铒离子有丰富的能级，发射波长从可见到近红外共有9个跃迁通道。其中1.5μm波段的激光发射对应于⁴I_13/2→⁴I_15/2能级跃迁。这种波长的激光既可以作为对人眼的安全激光，又可用于光纤通讯，所以对激光加工、通讯及测距等领域都有重要意义。

目前，研究最广泛的掺铒激光晶体是掺铒离子的钇铝石榴石(YAG)晶体，其具有较好的物理和化学性能，且易于生长出高质量、大尺寸的优质晶体。2008年J.W.Kim等人采用镱铒双掺的光纤激光器泵浦Er:YA6，在1645nm获得了60W的连续激光输出(D.Y.Shen，J.K.Sahu，W.A.Alarkson，Opt.Express 16(2008)5807)。但是它存在吸收谱线窄，不适宜激光二极管(简称为LD)泵浦的缺点，而LD泵浦将是今后激光泵浦源的发展方向。目前国内外都在积极寻找各种物理、化学性能和机械性能优异，且易于生长出高光学质量、大尺寸并适合于LD泵浦的优质激光晶体材料。

硅酸镥晶体(Lu₂SiO₅)属于单斜晶系，具有低对称晶体结构、扭曲变形的双格位特征，为掺杂离子提供了更强的晶体场和配位场，有利于掺杂离子的能级分裂。最近几年，掺有Ho³⁺、Yb³⁺等稀土离子的Lu₂SiO₅晶体被报道，已经获得有效的连续激光输出或脉冲激光输出，但未见Er³⁺掺杂的Lu₂SiO₅晶体的有关报道。

发明内容

发明的目的在于提供一种掺铒硅酸镥激光晶体及其制备方法，该激光晶体是一种能够采用InP二极管和铒光纤激光器谐振泵浦的，实现1.5μm波段激光运转的激光材料。

本发明的技术解决方案如下：

一种掺铒硅酸镥激光晶体，其特点在于该晶体的分子式为：

(Er_xLu_1-x)₂SiO₅，其中x的取值范围为0.005～0.01。

所述的掺铒硅酸镥激光晶体的制备方法，该方法包括下列步骤：

①初始原料采用Er₂O₃，Lu₂O₃和SiO₂，选定x的取值后，根据掺铒硅酸镥激光晶体的分子式(Er_xLu_1-x)₂SiO₅，按摩尔比x∶(1-x)∶1进行配料，精确称量各原料；

②将原料充分混合均匀后在液压机上压制成块，然后装入氧化铝坩埚内，放进马弗炉中烧结，用10个小时升温至1200℃，保温10个小时后再用10个小时降温至室温；

③将块料取出放入坩埚内，采用熔体法生长掺铒硅酸镥激光晶体。

所述的熔体法为提拉法，所述的坩埚为铱坩埚，籽晶为b轴的Lu₂SiO₅单晶棒，晶体生长在高纯N₂气氛中进行，采用中频感应加热至～2150℃使原料完全融化，然后通过重量传感控制晶体生长尺寸。提拉速度为1～3mm/h，旋转速度为15～30rpm。

所述的熔体法为温度梯度法，所述的坩埚为钼坩埚，坩埚底放入b向Lu₂SiO₅单晶棒作为籽晶，晶体生长在高纯N₂气氛中进行，用石墨电阻持续升温至2150℃，并保持0.5～2小时后，以1～3℃/h的降温速率进行降温并生长晶体。

(Er_xLu_1-x)₂SiO₅晶体，Er³⁺取代Lu³⁺格位，在强烈的晶体场作用下，吸收和发射谱线都比较宽，可提高二极管泵浦的激光效率，并有利于宽的波长调谐。在掺铒浓度为0.5％时，在1485nm处的发射截面为0.58×10^-20cm²，吸收带宽高达13nm，是Er:YAG晶体(1.9nm)的7倍。