[发明专利]激光晶体及其制备方法

说明书

本发明涉及一种激光晶体，该激光晶体为Yb³⁺离子掺杂的Ca（Gd，Y）AlO₄混晶晶体，该晶体的化学式是CaGd_1‑x‑yY_xYb_yAlO₄，其中0<x<1，0<y<1。本发明提出一种激光晶体及其制备方法，检测结果显示，CaGd_1‑x‑yY_xYb_yAlO₄晶体具有较Yb:CaGdAlO₄和Yb:CaYAlO₄晶体更宽的吸收光谱以及更大的无序度。

技术领域

本发明涉及激光晶体领域，具体涉及一种Yb³⁺离子掺杂的CaGd_1-x-yY_xYb_yAlO₄晶体及其制备方法。

背景技术

超快激光是指脉冲宽度为皮秒（ps）和飞秒（fs）的激光，超快激光有着超短激光脉冲、高重复频率、高峰值功率和宽光谱四大特性。超快超强激光脉冲与物质的相互作用是是当前最活跃的研究课题之一，是当今激光前沿技术的发展方向。

产生超快激光的方式有很多种，其中，通过稀土离子掺杂基质锁模的方式，具有自启动、结构简单、稳定可靠、光束质量好等优点，以及紧凑、高效、耐用、低成本、可以输出从飞秒到皮秒的锁模脉冲等特点，在科研、医疗、国防以及工业生产中得到了广泛的应用。锁模超快激光输出，需要稀土离子掺杂基质具有较宽的发射带宽。

目前SESAM锁模超快增益介质中应用最广泛的是Yb³⁺掺杂的激光材料。Yb³⁺为能级结构最简单的激活离子，仅有两个电子态，即基态²F_7/2和激发态²F_5/2，两者的能量间隔约为10000cm^-1。Yb³⁺光谱跃迁只能在基态能级²F_7/2和唯一激发态能级²F_5/2之间进行，不存在激发态吸收和上转换，因而有较高的效率。Yb³⁺的吸收带在0.9-1.1μm 波长范围，能与InGaAs二极管泵浦源有效地耦合，而且吸收线宽，无需严格的温度控制即可获得相匹配的LD泵浦源的泵浦波长激发。Yb³⁺泵浦波长与发射波长接近，其量子效率可高达86%。由于泵浦能级靠近激光上能级，减轻无辐射驰豫引起的材料中的热负荷。此外，Yb³⁺发射荧光带宽较宽，特别适合宽带调谐激光运转和超短脉冲激光的产生，成为近年来LD泵浦新一代紧凑型、高效率、低成本商用飞秒激光器备受关注的增益介质。

Yb:YAG晶体是目前综合性能最优异的掺Yb³⁺激光介质之一。目前，人们已经获得了数千瓦连续激光的输出（Laser Focus World, 2004, September, 19-20）和136 fs的被动锁模激光输出（Jpn. J. Appl. Phys., 44 (2005) L361-L363）。但由于Yb:YAG发射波长带宽较小，难以实现100 fs以下的超短脉冲的激光输出，限制了该晶体在超短超快激光领域的发展。因此，人们急需寻求一种新型的Yb³⁺掺杂的超短超快激光增益介质。

众所周知，稀土离子的发光与所替代的基质阳离子格位有密切的关系，稀土掺杂发光材料的荧光光谱取决于稀土离子所处格位的对称性有关。对称性越低，荧光光谱的无序展宽越明显。对称性最低的玻璃基质首先获得了人们的重视。人们在掺Yb³⁺的磷酸盐和硅酸盐玻璃中分别获得了58fs和61fs的超快激光输出(Opt. Lett., 23 (1998) 126-128)，证明了具有无序结构的激光材料对于研究超快激光的重要意义。但由于玻璃材料热导率偏低，在高功率二极管泵浦超快激光系统中容易损坏，限制了玻璃材料的进一步应用。