[发明专利]一类铒离子掺杂的硅酸盐晶体及其1.5微米波段激光器件

说明书

本发明涉及一类铒离子掺杂的硅酸盐晶体及其1.5微米波段激光器件。本发明所述晶体的化学通式为(Er_xYb_yCe_zA_{(1‑x‑y‑z)})₃RM₃Si₂O₁₄，其中x的范围为0.002～0.02，y的范围为0.005～0.1，z的范围为0～0.15；A为Ca，Sr和Ba中的某一种元素、某两种元素或者三种元素；R为Nb和Ta中的某一种元素或者两种元素；M为Al和Ga元素中的某一种元素或者两种元素。采用所述晶体作为增益介质，利用940nm或980nm波段的半导体激光泵浦，可获得高输出功率、高效率的连续和高能量、窄脉宽的脉冲1.5μm波段固体激光。

技术领域

本发明涉及固体激光材料和器件领域，具体涉及一类铒离子掺杂的硅酸盐晶体及其1.5微米波段激光器件。

背景技术

目前能够实现人眼安全1.5μm波段激光有效运转的铒镱双掺硅酸盐晶体种类还比较少，仅有正硅酸盐(如Y₂SiO₅和Sc₂SiO₅)、焦硅酸盐(如Lu₂Si₂O₇)以及Ca₂Al₂SiO₇等少数几种晶体。上述晶体的高熔点特性导致其提拉法生长温度均比较高，例如Ca₂Al₂SiO₇晶体约为1600℃，正硅酸盐和焦硅酸晶体约为1900-2000℃。高的晶体生长温度一方面提高了对晶体生长设备的要求，增加了生长成本；另一方面也容易导致熔体成分在生长过程中挥发，增加了高光学质量晶体的生长难度。另外，由于在铒镱双掺Ca₂Al₂SiO₇晶体中Er³⁺离子⁴I_11/2能级的荧光寿命长达40多微秒，大部分Er³⁺离子无法快速布居到⁴I_13/2激光上能级，导致1.5μm波段激光运转效率仅有2.7％。因此在铒镱双掺Ca₂Al₂SiO₇晶体中必须同时掺入Ce³⁺离子，通过声子辅助能量传递Er³⁺(⁴I_11/2)+Ce³⁺(²F_5/2)→Er³⁺(⁴I_13/2)+Ce³⁺(²F_7/2)进一步缩短Er³⁺离子⁴I_11/2能级的荧光寿命，从而提高激光运转效率。