[发明专利]掺镨钨酸镥钾激光晶体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电子功能材料技术领域，尤其是涉及一种作为具有宽吸收带的，适合GaN二极管激光器泵浦的固态激光器工作物质的激光晶体材料。

背景技术

自1960年美国的梅曼（T. H. Maiman）在实验室中用人造红宝石晶体发明了世界上第一台激光器以来，全固态激光器得到了飞速的发展。而1961年首次在CaF₂:Sm³⁺ 晶体中实现的激光输出揭开了大力研究三价稀土离子作为受激发射的激活离子固态激光晶体的序幕。到二十世纪80年代中期，随着半导体二极管的迅猛发展，利用其优异性能研制的二极管激光器（LD）作为新型泵浦源来替代传统的闪光灯泵浦源，被广泛的引入到激光器中，大大提高了激光器的输出效率，促进了激光技术的飞速发展。LD泵浦激光器是指利用激光二极管作为泵浦源来激励激光晶体，产生激光振荡。这种新型的泵浦源的优点在于：

[1] LD具有高得多的光谱和空间亮度、高的光电转换效率、长的寿命和输出辐射在时间波形上有更大的灵活性。

[2] 目前LD的发光波长己经从紫外延伸到中红外，这些范围覆盖了多种三价稀土离子的主要吸收带，吸收效率较高，避免了过多的热损耗。

[3] 这种泵浦源对激光晶体的尺寸要求相对于闪光灯泵浦源要小的多，放宽了晶体生长的要求，相对更容易获得可以用于研制激光器的介质晶体。而且，小尺寸的晶体介质可以减少泵浦时的高能量存储和随之而来的激光晶体内在的热能，从而减少了激光器的热负荷。

基于以上所述关于LD泵浦源的优点，这种新型泵浦源已成为目前激光器研制中最常用最主要的泵浦源。为了充分利用和发挥LD泵浦源的优势，就需要获得与其相匹配的优质激光晶体，其主要要求在于：

[1] 激光晶体要有较宽的吸收带。这是由于LD的半峰宽为2~3 nm，波长随温度变化率为0.2~0.3 nm/^oC，所以较宽的吸收带不仅有利于激光晶体对泵浦光的吸收，而且降低了对器件温度控制的要求。

[2] 长的荧光寿命（τ）。荧光寿命长的晶体能在上能级积累起更多的粒子，增加了储能能力，有利于器件输出功率或能量的提高。

[3] 大的发射跃迁截面（σ）。由于脉冲和连续激光阈值分别与σ及σ·τ 成反比。故而大的σ 更有利于实现激光振荡。

在当今激光晶体领域，尽管不断有新的研究方向和新型晶体出现，但对于三价Pr³⁺掺杂的晶体研究较少。Pr³⁺离子具有丰富的能级，其发射谱覆盖了紫外至中红外范围，当Pr³⁺离子的³P_J(J=0,1,2)能级被激发时，就可能辐射出红、橙、绿、蓝等可见光，从而有广泛的、潜在的应用前景。另外，¹D₂→³F₄跃迁对应的1.06-1.07μm 发射以及¹D₄→³H₅跃迁对应的1.3μm发射也是极为重要的发射波段。近年来，人们对GaN的研究得到了长足的发展，为Pr³⁺ 离子掺杂的晶体研究提供了优越的泵浦源。钨酸镥钾（KLu(WO₄)₂）晶体是一种物理性能较好的激光基质，Pr³⁺离子掺杂的KLu(WO₄)₂晶体将会有较好的性能，是一种良好的激光晶体。

发明内容

本发明的目的就在于研制一种新的激光晶体，其在451nm处具有宽的吸收带，较大吸收发射截面，其能够很好的适用于GaN泵浦，具有较好的各种综合性能，能够实现较高质量的激光输出。