[发明专利]铒掺杂硼酸锶镱晶体及其制备方法与用途

说明书

技术领域

本发明涉及固体激光材料领域。

背景技术

铒离子（Er³⁺）产生的1.55μm波段激光位于光纤通信和大气传输窗口，而且该波段激光对人眼安全，因此被广泛应用于医学、军事、精密测距、精密遥感测量和光通讯等国防和民用领域。

目前1.55μm波段激光输出性能较好的是Er³⁺和Yb³⁺双掺硼酸盐晶体，如：Er:Yb:RCa₄O(BO₃)₃、Er:Yb:RAl₃(BO₃)₄、和Er:Yb:Sr₃R₂(BO₃)₄（R=Y，Gd）晶体。在上述晶体中，Er:Yb:RCa₄O(BO₃)₃晶体在峰值976nm处的吸收半高宽仅有3-4nm，不利于InGaAs半导体激光器的泵浦；Er:Yb:RAl₃(BO₃)₄晶体只能采用周期长、成本高、难生长的熔盐法生长；Er:Yb:Sr₃R₂(BO₃)₄晶体虽然可采用周期短、成本低、易生长的提拉法生长，但该晶体属于双轴晶，其各向异性较强，激光运转过程中容易开裂。此外，在上述激光晶体中通常要掺入0.5-5.0mol%的Er³⁺离子和10-30mol%的Yb³⁺离子以实现1.55μm波段激光输出，然而高浓度的Yb³⁺离子掺杂可能降低激光晶体的光学质量和热机械性能，从而影响该波段激光的输出性能。因此，寻找合适的基质材料以实现1.55μm波段激光输出一直是人们研究的热点。

Er:YbSr₃(BO₃)₃晶体属于三方晶系，为单轴晶，可采用提拉法生长。此外，该激光晶体中敏化离子Yb³⁺是基质晶体本身组成之一，而不是以一种“掺杂”的形式存在于晶体中；同时，由于Er³⁺（0.890?）和Yb³⁺（0.868?）离子的半径非常接近，因此在YbSr₃(BO₃)₃晶体中掺入Er³⁺离子，可以有效地减少晶体生长过程中产生的缺陷，提高晶体的光学质量和输出激光的性能。

发明内容

本发明的目的在于制备一种新的激光晶体Er:YbSr₃(BO₃)₃，通过控制晶体中Er³⁺离子的浓度，以实现1.55μm波段激光输出。

本发明包括如下技术方案：

本发明制备的铒掺杂硼酸锶镱晶体分子式为Er_xYb_(1-x)Sr₃(BO₃)₃，其中x=0.5-5mol%，该晶体属于三方晶系，为单轴晶，空间群为，晶胞参数为a=12.4590(16)?，c=9.2839(16)?，α=β=90°，γ=120°。

所述晶体采用提拉法进行生长，其制备工艺如下：采用符合Er_xYb_(1-x)Sr₃(BO₃)₃摩尔比的Er₂O₃、Yb₂O₃、SrCO₃和过量1-5mol%的H₃BO₃为原料，使其固相反应充分，然后将反应后的产物置于单晶提拉炉中进行晶体生长，拉速为0.5-3.0mm/h，转速为10-20rpm，纵向的固液界面温度差为10-30^oC，最后经退火完成生长过程。

该晶体用于固体激光器中作为增益介质，使用976nm附近波长的红外激光作为泵浦源，实现1.55μm波段激光输出。