[发明专利]一种具有超宽发射光谱带宽的掺镱硅酸钆镧飞秒激光晶体的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有超宽发射光谱带宽的掺镱硅酸钆镧飞秒激光晶体的制备方法，属于功能激光晶体材料制备技术领域。本发明的一种具有超宽发射光谱带宽的掺镱硅酸钆镧飞秒激光晶体的制备方法，该晶体的化学式为Yb³⁺:(GdLa)₂SiO₅，简写为Yb:GLSO，由于镧离子的引入，造成了更大的体系无序性，光谱非均匀性展宽使得发射光谱带宽进一步宽化，以实现全固态飞秒脉冲激光输出；首先采用固相法或液相法制备晶体的多晶原料，并通过电阻或感应加热使原料充分熔化；然后采用熔体法晶体生长工艺进行单晶生长，最终获得晶体；所述晶体结构属于单斜对称晶系，熔体组份一致共融，因此采用该生长工艺能够生长出具有高光学均匀性的晶体。

技术领域

本发明涉及功能激光晶体材料制备技术领域，更具体地说是一种具有超宽发射光谱带宽的掺镱硅酸钆镧飞秒激光晶体的制备方法。

背景技术

在当前所有能够实现LD泵浦全固态飞秒激光输出的超快激光晶体中，以掺杂Yb³⁺的激光晶体材料备受关注。因为Yb³⁺的能级结构简单，只有两个电子态(基态²F_7/2和激发态²F_5/2)，上下能级分裂形成准三能级结构，所以掺杂Yb³⁺离子的激光运转属于准三能级系统，避免了上转换、激发态吸收和浓度猝灭等；其次可以实现零线泵浦，量子损耗非常低，而且掺杂Yb³⁺的激光晶体上能级寿命比掺杂Nd³⁺的晶体要长，一般为1-2个毫秒，这就意味着饱和能流大，可以支持产生高功率激光和很宽的荧光光谱，支持超短脉冲产生；此外，掺杂Yb³⁺激光晶体的吸收波长与半导体激光器输出波长能很好的匹配，可以直接采用半导体激光器泵浦。法国科学家F.Druon曾提出高性能的飞秒激光晶体材料需要满足两个基本要求：其一为宽的发射谱带宽(利于实现超短脉冲)，其二为高的热导率(用于承受高功率LD泵浦)。

目前，商业化的飞秒激光器主要以锁模钛宝石激光器为主，但由于钛宝石晶体的吸收峰位于可见波段，无法直接采用LD直接泵浦，一般只能采用氩离子激光器(波长515nm)或Nd³⁺掺杂固体激光器倍频得到的绿光(532nm)作为泵浦源，致使激光器的结构复杂、体积庞大、维护费用高，限制了其发展与应用。与之相比，LD泵浦超快激光晶体直接实现飞秒激光输出，具有结构紧凑、效率高、稳定性好等优点，是当前飞秒激光器的重要发展方向。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

针对现有技术中钛宝石晶体的吸收峰位于可见波段，一般只能采用氩离子激光器(波长515nm)或Nd³⁺掺杂固体激光器倍频得到的绿光(532nm)作为泵浦源，致使激光器的结构复杂、体积庞大，本发明提出了一种具有超宽发射光谱带宽的掺镱硅酸钆镧飞秒激光晶体的制备方法，由于镧离子的引入，造成了更大的体系无序性，由体系无序性所造成的光谱非均匀性展宽会使得发射光谱带宽进一步宽化；采用熔体法晶体生长工艺，熔体组份一致共融，进而生长出高光学均匀性的晶体。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

一种具有超宽发射光谱带宽的掺镱硅酸钆镧飞秒激光晶体的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、采用固相法或液相法制备晶体的多晶原料：

固相法是将氧化物原料Yb₂O₃、Gd₂O₃、La₂O₃、SiO₂作为初始原料按照下列化学反应方程式进行称量：