[发明专利]一种掺镱、铒的钇钪镓石榴石晶体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光晶体及其制备方法，具体地说，涉及一种掺镱、铒的钇钪镓石榴石晶体及其制备方法。

背景技术

二极管泵浦较传统的闪光灯泵浦具有明显的优势，主要表现为效率高、光束质量好、寿命长、稳定性好、体积小、重量轻等，因此二极管泵浦成为了固体激光器技术和应用的主流发展趋势之一。

掺杂浓度为30at％的Er:YSGG晶体能够发射2.8μm激光，在激光医疗(如牙科等)和军事(如光电对抗)等领域有着重要的应用。Er:YSGG晶体中Er离子的吸收带尽管较多(如图1所示)，但带宽都比较窄。目前商用化的二极管波长在800nm附近，因此适用的激光二极管泵浦波长为790nm。但790nm吸收带宽太窄导致应用时必须用精确和严格的二极管温度控制系统，导致激光器系统比较复杂。尽管近些年出现了970nm的激光二极管，但是成本仍然很高，并且Er:YSGG晶体在970nm吸收带的宽度也比较窄(只有6nm)。而吸收带比较宽的1450nm吸收带却没有匹配的激光二极管，无法在现实中得到应用。因此Er:YSGG晶体在实际应用中基本上仍然采用传统的闪光灯泵浦方式。但是，闪光灯泵浦Er:YSGG晶体激光器效率低，稳定性和可靠性不高。

下面举例说明现有技术中Er:YSGG晶体的制备方法及其光学性能、光学均匀性和激光性能的测量。

对比例1：

制备拉晶料

将各氧化物原料Er₂O₃、Y₂O₃、Sc₂O₃和Ga₂O₃除潮，然后按照化学式Er_bY_3-bSc₂Ga₃O₁₂配比计算称量，其中，b＝0.9，原料总重为2400g。各氧化物的纯度均为5N～6N。将各氧化物原料装入容器中混合均匀后装入乳胶袋中，在油压机内静压成型。将压制成型的原料装入高温炉中进行多晶料合成。

制备Er:YSGG晶体(b＝0.9)

将拉晶料装入晶体生长炉内的坩埚中后，并封闭炉门抽真空至炉膛压力小于10Pa。坩埚尺寸为ф90×90mm。

然后关闭抽真空系统，向晶体生长炉中充入普通的保护性气体Ar和2％的O₂(由于原料中的Ga₂O₃在高温下容易挥发，通入一定量的O₂可以抑制Ga₂O₃的挥发，以保持原料的组成)。

然后升温熔料、下籽晶、提拉生长和降温取晶体。主要生长工艺参数为：籽晶方向<111>晶向，拉速1mm/h，转速15r/min。

生长获得的Er:YSGG晶体在马弗炉中1200℃退火15h，之后进行激光棒光学粗加工和精加工。

制备得到的Er:YSGG晶体的晶体化学组成为Er_0.9Y_2.1Sc₂Ga₃O₁₂。

测试光学质量和光学均匀性

上述制备的Er:YSGG晶体加工成晶体棒，该晶体棒的尺寸为Φ4×100mm，按激光棒技术要求，对两端面进行了光学精加工。其中消光比的测试条件为：采用线偏振光，波长1064nm，光斑尺寸Φ3mm。波前畸变的测试条件为：测试波长1064nm，光斑尺寸Φ3mm，用CCD进行图像采集。散射颗粒测试条件为：200mW的532nm绿光通过晶体，肉眼观测。测试结果示于表1。

测试激光性能

上述制备的Er:YSGG晶体加工成晶体棒，该晶体棒的尺寸为Φ4×100mm，晶体两端镀2.8μm增透膜，冷却水温为15±2℃，泵浦脉宽为300μs，重复频率为1Hz，输出镜透过率为14％，采用InGaAs二极管侧面泵浦，测定光光转换效率和泵浦阈值来表示其激光性能。其激光性能测试结果如表2所示。

对比例2：

制备拉晶料