[发明专利]一种中红外激光晶体Yb,Er,Eu:LaYSGG

说明书

技术领域

本发明涉及激光晶体材料领域。

背景技术

2.5～3.0μm中红外波段激光在军事和民用两个方面都有非常重要的应用，是目前激光界的研究热点之一。铒离子的⁴I_11/2→⁴I_13/2跃迁，在不同的基质中可产生2.7-3.0μm波段的激光，这个波段与水的强吸收峰位置重叠，因而水对它的吸收率特别高，是精细外科手术理想的工作波段，这一性质使铒激光器在生物和医学领域已得了非常广泛的应用。另外，用2.7～3μm的激光泵浦中远红外非线性晶体实现光参量振荡，能够获得3～19μm的高功率红外光源，可用于光电对抗(干扰)、红外照明、激光雷达、自由空间通信、化学和生物战剂的探测、环境污染监测以及反恐等领域。

基质晶体Y₃Sc₂Ga₃O₁₂(以下简称为YSGG)具有石榴石结构，化学性能稳定、硬度高、光学各向同性，可采用熔体提拉法生长出大尺寸、低光学损伤、高光学质量的晶体，同时，YSGG具有比著名的商业化晶体YAG更低的声子能量，这就减少了多声子无辐射跃迁几率，从而可提高激光效率。本发明提出一种新型的中红外激光晶体LaYSGG，即La³⁺掺入YSGG晶体取代Y的十二面体格位形成。La³⁺的引入使晶体结构无序度增加，从而使得稀土离子激活的LaYSGG晶体的吸收光谱和荧光光谱得以展宽，有助于提高激光输出功率和效率。

在Er:YSGG晶体中，2.79μm的激光上能级⁴I_11/2的寿命为1.3ms，该晶体是很好的储能材料，适合于调Q输出巨脉冲激光。但是由于激光下能级⁴I_13/2的寿命高达3.4ms，是寿命更长的亚稳态。受激发射过程中，跃迁下来的粒子积累在⁴I_13/2能级上，不利于激光发射过程中保持足够的粒子数反转。为了有效减小下能级⁴I_13/2的寿命，在晶体中掺入能级与⁴I_13/2接近的离子，通过离子间的共振能量转移，可加快抽空激光下能级粒子的速度。1988年，Huber等人(Huber,et al,laser pumping of Ho,Tm,Er garnet laser atroom temperature,IEEE J of Quantum Electronics,1988,2:920)比较了连续二极管激光器泵浦Cr,Er:YSGG和Cr,Er,Ho:YSGG晶体的输出特性，发现后者的斜率效率明显提高。这是由于Ho³⁺的⁵I₇能级与⁴I_13/2能级接近，加速了激光下能级粒子抽空速率，振荡过程中激光介质保持了较高的增益。本发明提出的Yb,Er,Eu:LaYSGG晶体中Eu³⁺的⁷F₆能级与Er³⁺离子的激光下能级⁴I_13/2接近，能加速激光下能级粒子抽空速率，降低能级寿命，在振荡过程中激光介质可以保持较高的增益，提高激光输出的斜率效率。而共掺入Yb³⁺的目的是增大晶体对LD泵浦光的吸收效率，从而提高中红外波段的激光输出功效。