[发明专利]铥、镥双掺杂的铝酸钙钆晶体及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种铥、镥双掺杂的铝酸钙钆晶体，晶体的分子式为Tm_xCaGd_1‑x‑yLu_yAlO₄，其中x＝0～0.1，y＝0～0.4。本发明还公开了所述铥、镥双掺杂的铝酸钙钆晶体的制备方法和所述铥、镥双掺杂的铝酸钙钆晶体的应用。本发明的铥、镥双掺杂的铝酸钙钆晶体具有较低的声子能量，有利于2微米激光输出。Lu³⁺的掺杂进一步的增宽Tm³⁺的光谱，有利于超短脉冲激光产生。

技术领域

本发明属于激光晶体材料领域，具体涉及一种铥、镥双掺杂的铝酸钙钆晶体及其制备方法，以及在固体激光器中的应用。

背景技术

在全固态激光器中，受到泵浦源、实验装置等一些条件的限制，连续激光已经不能满足人们对于激光器的需求。调Q和锁模技术的发展使得脉冲激光得到了飞速发展，通过调Q技术，可以实现短至纳秒(10^-9～10^-12)量级的脉冲，而锁模技术可以实现皮秒至飞秒量级(10^-12～10^-15)的超短脉冲输出。

超快脉冲(脉宽为10^-12～10^-15s)具有极短持续时间，极高峰值功率、极宽光谱等特点，在工业、军事、环境、能源、通讯等众多领域得到了广泛应用。目前已成为激光研究50年发展历程中最活跃的方向之一。激光材料的发射谱(荧光谱)的宽度决定了该材料可实现的激光脉冲的长短，要获得短脉冲的激光输出，基质材料需具有平滑的、宽的荧光光谱。传统的基质材料主要有晶体、陶瓷及玻璃等，而晶体是研究最为广泛的一类基质材料。传统晶体受限于光谱带宽的限制，很难获得飞秒量级的脉冲激光输出。

有这样一类晶体，与传统有序晶体相比，其在结构上存在一定的无序，我们称之为无序晶体。所谓无序晶体，一般是指具有不同化合价的阳离子随机分布在相同的晶格点上，形成多种激活离子中心，导致晶格场的无序分布，进而使得荧光光谱的宽度得到了非均匀加宽。此外，与已经商业化的激光玻璃相比，无序激光晶体兼具传统晶体大的热导率的特性，可应用于高功率激光器中。因此积极探寻综合性能优异，且易于生长出高质量、大尺寸的无序激光晶体料是目前发展超快激光技术的一个重要方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种产生2微米超短脉冲激光的激光晶体材料，晶体的无序性更大，光谱的非均匀性加宽得到增强有利于获得更宽的吸收和发射谱，通过锁模技术更有利于产生超短的脉冲激光。

本发明是这样实现的：

一种铥、镥双掺杂的铝酸钙钆晶体，所述的晶体的分子式为Tm_xCaGd_1-x-yLu_yAlO₄，其中x＝0～0.1，y＝0～0.4，Tm³⁺的掺杂浓度为0～5at％，x、y以及Tm³⁺的掺杂浓度均不为0，at％的含义为原子数百分比含量，是与Gd的原子数相比的百分比含量。经多次试验x＝0～0.05，y＝0～0.4所生长的晶体质量和光学性能最好，Tm³⁺的掺杂浓度一般在0at％～5at％。铥、镥双掺杂铝酸钙钆晶体属于四方晶系。

本发明还提供了所述的铥、镥双掺杂的铝酸钙钆晶体的制备方法，所述的晶体由下述原料通过固相反应得到多晶料后再采用拉提法制备而成：

原料：纯度为99.99％的CaCO₃、纯度为99.99％的Gd₂O₃、纯度为99.99％的Al₂O₃、纯度为99.99％的Lu₂O₃、纯度为99.99％的Tm₂O₃；

固相反应化学式：