[发明专利]一种自调Q的石榴石晶体及其制作的自调Q器件、自调Q脉冲激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种自调Q的石榴石晶体及其生长方法和利用该晶体制作的自调Q器件、自调Q脉冲激光器，属于晶体生长和激光器件技术领域。

背景技术

调Q脉冲激光由于具有高的峰值功率，大的脉冲能量，和相对较短的脉冲时间等优势，在工业加工，遥感测量和军事对抗等领域具有很重要的潜在应用。调Q脉冲激光分为主动调Q激光和被动调Q激光。相对于主动调Q激光，被动调Q激光具有简单紧凑和低成本的结构配置，因而得到了更多的研究和关注。对于被动调Q激光，饱和吸收体是其重要的组成部分。通过利用饱和吸收体本身的可饱和吸收特性(即：在高能量密度激光照射时可达到吸收饱和的高透过率，而低能量密度激光照射时达到未吸收饱和的低透过率)对腔内激光产生过程的损耗进行调节，从而达到调Q激光输出的目的。产生被动调Q脉冲激光的饱和吸收体和激光增益介质如果分别进行设计会增加调Q激光器的空间复杂性和降低工作系统的稳定性，并限制其器件的集成小型化。通过把可饱和吸收激活离子和激光增益激活离子结合在一种基质中即可实现所谓的自调Q脉冲激光。此类自调Q器件具有更加简单紧凑的结构设计和更加低廉的加工成本，从而更有利于脉冲激光器的集成小型化。

目前报道的自调Q材料主要有Re³⁺,Cr⁵⁺:LnVO4(Re＝Nd或Yb,A＝Y,Gd或Lu)和Re³⁺,Cr⁴⁺:Y₃Al₅O₁₂(YAG)(Re＝Nd或Yb)。Nd,Cr⁴⁺:YAG和Yb,Cr⁴⁺:YAG自调Q晶体已在科研领域得到了广泛的研究。然而，对于此类晶体，掺进的Cr⁴⁺离子的半径比替代的四面体格位上的Al³⁺离子(和)大，因而导致Re,Cr⁴⁺:YAG晶体中Cr⁴⁺离子的分凝系数比较小。从而增加了晶体的应用长度及阻碍了自调Q器件的小型化。此外Cr⁴⁺离子在YAG中小的基态吸收截面和大的激发态吸收截面增加了的腔内非饱和吸收损耗从而影响了其饱和吸收调制性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种自调Q的石榴石晶体及其制作的自调Q器件、自调Q脉冲激光器。所述的自调Q的石榴石晶体是钕或镱与四价铬离子双掺镓石榴石或镓钪石榴石晶体。

本发明还提供一种自调Q的石榴石晶体的生长方法。

本发明还提供自调Q器件的制备以及一种自调Q脉冲激光器。

本发明的技术方案如下：

一种自调Q的石榴石晶体，通式为(Re_yCa_zA_1-y-z)₃(Sc_xGa_1-x)₂(Cr_zGa_1-z)₃O₁₂，其中，Re＝Nd或Yb，A＝Y，Gd或Lu，0≤x≤1，0<y≤1，0.00001≤z≤0.1；具有Ia-3d空间群结构。掺入Ca²⁺离子的作用是来进行电荷补偿以维持晶体内部的电荷平衡。

本发明的自调Q的石榴石晶体用于自调Q脉冲激光器中可实现自调Q激光输出。

根据本发明优选的，当掺杂Nd³⁺和Cr⁴⁺离子时，所述石榴石晶体可实现输出波长为0.9μm(⁴F_3/2→⁴I_9/2)、1.06μm(⁴F_3/2→⁴I_11/2)的自调Q脉冲激光；

当掺杂Yb³⁺和Cr⁴⁺离子时，所述石榴石晶体可实现输出波长为1μm(²F_5/2→²F_7/2)左右的自调Q脉冲激光。

对于掺杂Nd³⁺和Cr⁴⁺离子的晶体，优选的：Nd³⁺浓度0<y≤0.01，Cr⁴⁺浓度0.0001≤z≤0.01。进一步优选，0.005≤y≤0.01，0.0003≤z≤0.002。