[发明专利]一种掺镱晶体及其生长方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种掺镱晶体及其生长方法和应用，属于晶体生长和激光技术领域。

背景技术

近年来，可见光激光器因其在在环境、医疗、军事等领域的重要应用受到越来越多人们 的关注。

目前，要获得可见激光，主要是利用掺Nd³⁺和Yb³⁺等离子的激光晶体产生0.9μm、 1.06μm、1.3μm波段的激光，再通过KTP等非线性光学晶体进行倍频产生。将激光晶体和 KTP晶体通过光胶结合到一起，并在晶体的表面和胶合面镀膜形成激光振荡获得高效率绿光 输出，已经实现了商品化。但是，这种同时使用激光工作介质和倍频介质两种晶体材料的激 光器在结构上较为复杂，制作工艺步骤多，成本难以简化。

如果能将激光发射与非线性倍频这两种光功能合二为一，则可使生产成本大大降低，同 时有利于激光器结构的简化和体积的减小，这种材料人们称为自倍频晶体。多年来，人们一 直在探索自倍频晶体，掺镱离子的自倍频晶体因其没有另外的4f电子态，因此不存在上转换 和其他高激发态的吸收，且能够实现从950-1100nm较宽的发射谱线，是获得更多波长可见激 光的一个重要途径。历史上先后有Yb:MgO:LiNbO₃、Yb:YCOB、Yb:GdCOB、Yb:YAB等实 现了自倍频绿光输出。这些晶体都存在不同的显著缺陷，其中Yb:MgO:LiNbO₃的抗光伤阈值 较低且具有光折变效应，Yb:YCOB和Yb:GdCOB的激光受激发射截面较小，虽然实现了自 倍频绿光输出但目前没有输出功率的报道，而Yb:YAB晶体为非同成分熔融化合物，只能采 用高温熔体法生长单晶，生长周期长，难以获得大尺寸高质量晶体，难以满足批量化生产需 求。因此，目前能够实际应用的自倍频晶体仍十分有限，探索新的优秀材料一直是晶体材料 研究者的不懈追求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种掺镱晶体；

本发明还提供了上述掺镱晶体的生长方法及应用。

本发明的技术方案为：

一种掺镱晶体，所述掺镱晶体的分子式为Ca_3-3xYb_3xRGa₃Si₂O₁₄，R为Nb离子或Ta离子， Yb离子的掺杂浓度为0.1–50at.％。

硅酸镓铌钙晶体属于A₃BC₃D₂O₁₄构型，该结构中有A、B、C、D四个阳离子格位，掺 入的Yb离子取代钙离子占据A位置，x为掺入Yb离子的原子百分比,晶体中A位置出现一 定数量的空位使Yb离子取代Ca离子产生的电荷差保持平衡。

上述掺镱晶体同时具有激光发射和非线性光学效应，是一类性能优良的自倍频激光晶体。 与激光晶体、非线性光学晶体两者组合而成的激光器相比，由上述掺镱晶体制成的自倍频绿 光激光器体积更小，结构更加紧凑，生产成本大大降低，同时也简化了加工和装配环节，提 高了生产效率。

根据本发明优选的，镱离子的掺杂浓度为0.5–15at.％。