[发明专利]一种镱掺杂硅酸盐飞秒激光晶体及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种镱掺杂硅酸盐飞秒激光晶体及其制备方法与应用，涉及激光晶体增益材料技术领域。该激光晶体的化学式为Yb_4xCaLa_4(1‑x)Si₃O₁₃，其中，x＝0.01～0.30。该激光晶体以CaLa₄Si₃O₁₃作为激光晶体基质，利用La元素在CaLa₄Si₃O₁₃晶体中占据多个格位，Yb的掺入能够有效代替La的多个格位，从而增强Yb的非均匀展宽，形成宽带发射，利于飞秒激光的产生。采用此类晶体作为增益介质，利用中心发射波长在940～980纳米的激光器泵浦，可以实现1微米附近的高效可调谐和超短脉冲激光输出，在工业应用、科学研究及国防军事等领域有着重要的应用前景。

技术领域

本发明涉及激光晶体增益材料技术领域，具体涉及一种镱掺杂硅酸盐飞秒激光晶体及其制备方法与应用。

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。原因如下：(1)Yb³⁺只有两个电子能级(基态²F_7/2和激发态²F_5/2)，其激光运转属于准三能级系统，能够有效地避免浓度猝灭、激发态吸收和上转换等缺陷；(2)由于能级简单，能够发射较宽的荧光光谱，支持超短脉冲产生；(3)其吸收波长与半导体激光器输出波长匹配，可以直接采用半导体激光器泵浦。而高性能的飞秒激光晶体材料需要满足一个基本要求：宽的发射谱带宽(利于实现超短脉冲)。

在无序晶体的内部结构中，由于发光离子随机占据着晶格中的不同位置，相对于传统的有序晶体，具有更加宽的非均匀性加宽荧光光谱，利于超短脉冲的产生。同时，吸收光谱相比于传统有序的晶体也有一定的加宽，这都让无序晶体在激光晶体的研究之中有较好的应用场景。另外，其本身的物理化学性质也比较优异，获得了很多研究者的关注。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种镱掺杂硅酸盐飞秒激光晶体。这是一种产生了1微米超短脉冲的激光晶体材料，材料的无序度更大，之后通过锁模技术更有利于产生超短的脉冲激光。

本发明的第二个目的在于提供上述镱掺杂硅酸盐飞秒激光晶体的制备方法。

本发明的第三个目的在于提供上述镱掺杂硅酸盐飞秒激光晶体的应用。

本发明的目的可通过以下技术方案实现：

一种镱掺杂硅酸盐飞秒激光晶体，所述的激光晶体的化学式为Yb_4xCaLa_4(1-x)Si₃O₁₃，其中，x＝0.01～0.30，优选为0.1～0.15。

进一步地，所述的激光晶体中，La元素会被Yb³⁺所部分取代。

本发明的第二个目的可通过以下技术方案实现：

上述镱掺杂硅酸盐飞秒激光晶体的制备方法，所述的激光晶体可采用提拉法生长，包括以下步骤：

1)选用Yb₂O₃、CaCO₃、La₂O₃、SiO₂为原料，将所述原料按下列化学方程式进行配料：

2xYb₂O₃+CaCO₃+2(1-x)La₂O₃+3SiO₂→Yb_4xCaLa_4(1-x)Si₃O₁₃+CO₂↑；