[发明专利]一种铥激活铌酸钙新型激光晶体

说明书

技术领域

本发明涉及激光晶体材料领域。

背景技术

1.8～2μm人眼安全波段的激光光源处于大气最佳透过窗口波段，被认为是应用于医疗和人眼安全探测系统的理想光源，在医用手术、激光远距离测距、空间光通信、微分吸收激光雷达等光电对抗领域具有重要应用，还可以应用于大气环境中一些化合物的监测等领域。同时，该波段激光还是获得在军事上具有重要应用价值的3～12μm波段激光OPO系统的理想泵浦源。近些年来，随着半导体激光器的快速发展，更高功率的稀土离子掺杂～2μm波段激光已经成为研究热点。

Tm³⁺的³F₄→³H₆的能级跃迁可以有效地产生1.8～2μm的激光，而其对应于³H₆→³F₄能级跃迁的主吸收带与商业化的GaAlAs等LD激光二极管的发射峰可以很好地匹配，并发生一个非常有效的交叉弛豫：(³H₆+³H₆→³F₄+³F₄)，其交叉弛豫量子效率接近于2，因此，掺Tm³⁺固体激光器是近年来1.8～2μm激光器研究的重点方向之一。

铥激活铌酸钙晶体材料的化学式为Tm³⁺:CaNb₂O₆，属于正交晶系Pbcn，晶胞参数为a＝14.92b＝5.752c＝5.204v＝446.79Dx＝4.785g/cm³。晶体具有良好的物化性能，不溶于强酸强碱，硬度大，具有较高的热导率和激光损伤阈值，晶体在1560℃的温度时同成分熔化，可以采用提拉法生长大尺寸优质晶体，晶体～2.0μm波段具有高的透过率，而且晶体具有较低的声子能量，从图1，2晶体吸收和发射光谱图上可以看到Tm³⁺离子激活的晶体在800nm波段具有较大的吸收截面(约为10^-20cm²)，在1.8～2μm具有较大的发射截面(约为10^-20cm²)，因此是1.8～2μmm红外激光增益介质潜在的优秀基质材料。目前国内外还没有Tm³⁺:CaNb₂O₆晶体生长及其性能的相关报道。

目前，在国内李玉峰等学者则采用LD泵浦Tm:GdVO₄微片激光器，在1917nm获得最大输出功率310mW，斜率效率为22％。姚宝权等学者则采用793.5nmLD泵浦Tm:YAP晶体，在18℃，在1928nm获得功率为2.2W的激光输出，光光转换效率为31％。从总体上来说，虽然在一些实验室里已经取得较大的技术突破，但是在商业化方面，技术仍远未成熟，为此仍有必要开展新型高效激光增益介质及其器件的研究。

发明内容

本发明的目的在于公开一种能够实现1.8～2.0um波段高效激光输出的激光晶体材料Tm³⁺:CaNb₂O₆。

实现本发明目的技术方案：

1.一种铥激活铌酸钙新型激光晶体，该晶体材料的化学式为Tm³⁺:CaNb₂O₆，属于正交晶系Pbcn，晶胞参数为a＝14.92b＝5.752c＝5.204v＝446.79Dx＝4.785g/cm³。

2.一种项1的激光晶体材料的制备方法，其特征在于：采用4N的Tm₂O₃、与分析纯的CaCO₃、Nb₂O₅作为原料，通过高温固相反应获得Tm³⁺:CaNb₂O₆原料，在惰性气氛下采用提拉法生长晶体。

3.一种项1的激光晶体材料的用途，该材料用于1.8～2.0um波段高效激光输出，在医用手术、激光远距离测距、空间光通信、微分吸收激光雷达等光电对抗领域具有重要应用，还可以应用于大气环境中一些化合物的监测等领域。

附图说明