[发明专利]一种中红外激光晶体材料

说明书

本申请公开了一种中红外激光晶体材料，其特征在于，化学式为BaNd_xHo_yLa_(1‑x‑y)Ga₃O₇；其中，0.01≤x≤0.05，0.1≤y≤0.3；所述晶体材料属于四方晶系，空间群；所述晶体材料由GaO₄四面体形成层状电负性骨架结构，Nd³⁺、Ho³⁺、Ba²⁺和La³⁺分布在层间，具有无序晶体结构。通过在Ho³⁺激活BaLaGa₃O₇晶体中掺入Nd⁺离子，大幅增强了晶体对泵浦光的吸收效率，实现LD泵浦的～2.86μm波段高效激光输出，增强了晶体在中红外波段的荧光发射，大大地减少⁵I₇的寿命和粒子数，抑制了自终态瓶颈效应，振荡过程中激光介质保持较高的增益，提高了激光输出的斜率效率。

技术领域

本发明涉及一种新型的中红外激光晶体材料、其制备方法及应用，属于无机晶体材料领域。

背景技术

～2.8μm中红外波段激光在军事和民用两个方面都有非常重要的应用，是目前国内外激光界的研究热点之一。由于大气中的水蒸气和其它气体(包括CO、CO₂和N₂O等)在该波段存在非常强烈的振动吸收峰，例如对水的吸收系数为1，而对比1.06μm只有10^-4，因此，该波段激光在医学上可用于组织切割与缝合、牙科、眼科、神经外科手术、皮肤美容等；被广泛应用于探测低浓度、造成大气污染和温室气体效应的气体分子，在大气环境监测中发挥重要作用；监测人类的呼吸气体，开展医学诊断。除此之外，该波段激光在光通讯、激光制导和光电对抗、遥感地形探测等领域都有着十分重要的应用。

掺杂Ho³⁺的激光晶体可实现该波段激光的输出，是由于Ho³⁺在⁵I₆态和⁵I₇态之间跃迁产生的辐射波长刚好位于～2.8μm范围内，目前已有少量Ho³⁺激活的晶体实现了该波段激光输出，但激光重频低、激光输出功效较低，难以实现高重频、大功率激光输出，限制了激光器的应用。随着科技的飞速发展，对钬激光器激光性能的要求也越来越高，例如在飞秒激光治疗近视中，通常要求激光输出脉冲宽度为飞秒量级，现有钬激光器还达不到要求。

目前钬激光器的主要问题有：(1)在980nm、800nm等波长附近无吸收，无法采用商业化的LD泵浦源对晶体进行激光性能测试；(2)存在多种强烈竞争的跃迁发光渠道，包括红、绿可见波段上转换、近红外发光等；(3)发光效率低；(4)由于激光下能级寿命远大于上能级寿命，造成激光运转时粒子数难以正常反转，即存在所谓的自终态瓶颈效应。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供一种新型的中红外激光晶体材料，即Nd,Ho:BaLaGa₃O₇晶体。在Ho³⁺激活BaLaGa₃O₇晶体中共掺入Nd³⁺离子，大幅增强了晶体对泵浦光的吸收效率，利用Nd³⁺离子对半导体LD泵浦源的高吸收效率，把能量敏化传递给Ho³⁺离子，从而实现LD泵浦的～2.8μm波段高效激光输出，增强了晶体在中红外波段的荧光发射；同时，大大地减少⁵I₇的寿命和粒子数，抑制了自终态瓶颈效应，振荡过程中激光介质保持较高的增益，提高了激光输出的斜率效率。

所述晶体材料，其特征在于，化学式为：

BaNd_xHo_yLa_(1-x-y)Ga₃O₇