[发明专利]一种高效中红外激光晶体及其制备方法有效

专利信息
申请号: 201210034910.2 申请日: 2012-02-16
公开(公告)号: CN102618928A 公开(公告)日: 2012-08-01
发明(设计)人: 罗建乔;孙敦陆;张庆礼;王小飞;刘文鹏;李秀丽;殷绍唐 申请(专利权)人: 中国科学院合肥物质科学研究院
主分类号: C30B29/28 分类号: C30B29/28;C30B15/00;H01S3/16
代理公司: 北京科迪生专利代理有限责任公司 11251 代理人: 成金玉
地址: 230031 *** 国省代码: 安徽;34
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摘要:
搜索关键词: 一种 高效 红外 激光 晶体 及其 制备 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及激光材料和晶体生长领域,具体的说是一种高效中红外激光晶体及其制备方法。

技术背景

Er3+离子的4I11/24I13/2跃迁,在不同的材料中可产生2.7~3μm波段的激光,由于该波段处于水的强吸收峰,水对其吸收率特别高,用于切割含水量较高的人体组织时,穿越深度仅约1μm,热损伤范围较小,因而是精细激光外科手术理想的工作波段,这使得铒激光在激光医学和生物技术等领域已经取得了非常广泛的应用。此外,用该波段激光泵浦红外非线性晶体实现光参量振荡,能够获得3~19μm的高功率中红外激光,可用于激光雷达、光电对抗、化学和生物战剂的探测及环境污染监测等领域。

钇钪镓石榴石(分子式为Y3Sc2Ga3O12,简称YSGG)是性能优良的激光工作基质,属于立方晶系,具有优良的力学、热学及光学性能,物化性能稳定。由于Er3+与Y3+的离子半径十分接近,Er3+很容易进入Y3+的格位,因而Er3+在YSGG晶体中的分凝系数接近1,使得Er3+在晶体中的分布十分均匀,易于获得高光学质量的晶体,也容易获得高掺杂激活离子浓度的晶体,有利于提高泵浦效率和激光器的输出功率。同时,YSGG具有比YAG更低的声子能量,减少了多声子弛豫几率,从而具有更高的激光效率。Cr3+离子是一种重要的过渡金属离子,在可见光波段范围内具有较宽的吸收谱带,能够高效地吸收泵浦光能量并传递给Er3+离子,从而提高激光的转换效率。在Cr,Er:YSGG晶体中,2.7~3μm的激光上能级4I11/2寿命为1.3ms,表明该晶体是很好的储能材料,适合于调Q输出巨脉冲激光。然而,由于其激光下能级4I13/2的寿命可达到3.4ms,是寿命更长的亚稳能级。在受激发射过程中,跃迁下来的粒子会累积在4I13/2能级上,不利于激光发射过程中保持足够的粒子数反转。为了有效减小2.7~3μm激光下能级4I13/2的寿命,在晶体中掺入能级与4I13/2接近的离子,通过离子之间的高效能量转移,可加快激光下能级的抽空速率。在1988年,Huber等人(G.Huber,et al,Laser Pumping of Ho,Tm,Er Doped Garnet Laser at Room Temperature,IEEE J of Quantum Electronics,1988,24:920)比较了半导体激光器泵浦Cr,Er:YSGG及Cr,Er,Ho:YSGG晶体的2.707μm激光输出特性,后者斜效率得到了提高。这是由于Ho3+离子的5I7能级与4I13/2能级接近,加速了激光下能级粒子的抽空速率,振荡过程中激光介质保持了较高的增益。

在上个世纪七八十年代,由于当时Sc2O3原料非常昂贵,从而限制了含钪石榴石晶体的研究和发展。近年来,随着应用需求和提纯技术的迅速发展,Sc2O3的价格有了较大幅度的降低。所以,近些年来,国内外含钪石榴石晶体的研究又重新兴起,尽管如此,据检索,目前国内外都还没有关于Cr,Er,Re:YSGG(Re=Eu,Tb)激光晶体的研究报道。

发明内容

本发明的技术解决问题:克服现有技术的不足,提供一种高效的2.7~3μm波段中红外激光晶体及其制备方法,能够有效提高晶体的激光输出功率和效率。

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