[发明专利]一种可调谐激光晶体掺铬钪酸钆及其制备方法

说明书

本发明提供了一种可调谐激光晶体掺铬钪酸钆晶体及其制备方法。该晶体的化学式为Gd(Sc_1‑xCr_x)O₃，其中x的取值范围为0.00001～0.3，该晶体属于正交晶系，a＝5.45，b＝5.75，c＝7.93。采用导模法或提拉法，生长气氛为高纯氩。生长出质量较好、尺寸较大的Cr³⁺:GdScO₃晶体，该晶体具有机械性能适中、可调谐激光波段宽的优点，是一种较好的可调谐激光晶体材料，其可调谐范围在650～1100nm之间。与现有技术相比，本发明掺铬钪酸钆激光晶体可采用钨或钼坩埚生长，与铱坩埚生长相比具有低成本优势。

技术领域

本发明涉及光电子功能材料技术领域，尤其是涉及一种作为可调谐固态激光器中工作物质的激光晶体材料。

背景技术

可调谐激光是指在一定波长范围内(即宽光谱间隔内)激光波长可以连续改变的激光。可调谐激光技术，在科学技术和国防建设上具有十分重要的意义。可调谐激光器是各种激光光谱技术研究的主要技术设备，也是光学、光电子学、医学、生物学等研究的重要光源。在军事上，可调谐激光器将是未来光电子对抗的重要激光光源之一，如激光雷达，激光通信，激光水下探测和通信，激光遥感，激光致盲等。

自1963年L.F.Johnson等人采用闪光灯泵浦，在掺Ni²⁺的MgF₂晶体中实现了第一个固态可调谐激光运转以来，人们发现了很多可调谐激光晶体，如Ti³⁺:Al₂O₃、Cr³⁺:Mg₂SiO₄、Cr³⁺:LiSrAlF₆、Cr³⁺:BeAl₂O₄等，但由于各种原因，大多数可调谐激光晶体只限于作实验室工具，无法推向工业应用。目前研究最多的、已进入应用领域的可调谐激光晶体是Cr³⁺:BeAl₂O₄(紫翠宝石)、Ti³⁺:Al₂O₃(掺钛蓝宝石)和Cr³⁺:LiCaAlF₆、Cr³⁺:LiSrAlF₆，但是从晶体的可调谐波长范围、吸收系数、发射截面、泵浦方式和生长工艺等因素来综合考虑，目前还没有一种晶体能够很好地满足人们的需求。

Cr³⁺:BeAl₂O₄(紫翠宝石)晶体的主要缺点是：调谐范围在700～800nm之间，发射截面小(6×10^-21cm²)，所需的泵浦阈值高，而且还具有高损伤率和高热透镜效应等缺点，另外由于BeO剧毒，也给生长带来很大困难。

Ti³⁺:Al₂O₃晶体的主要缺点是：该晶体中Ti³⁺-Ti⁴⁺离子对的出现，使得在激光输出波段，即近红外波段出现吸收，影响了其激光性能，而且由于其激光上能级寿命短(只有3.2μs)，需用短脉冲激光、Q开关激光、连续波激光或产生特别短脉冲的闪光灯泵浦，也进一步限制了它的应用。

Cr3+:LiCaAlF6、Cr³⁺:LiSrAlF₆晶体尽管具有调谐范围较宽，发射截面大，所需的泵浦阈值低等诸多优点。但也存在着吸收系数小、LD泵浦的激光效率低等问题。因此，寻找可调谐范围更宽，且能够直接使用闪光灯和LD泵浦的可调谐激光晶体材料成为目前激光晶体研究领域的热点之一。

发明内容