[发明专利]可调谐激光晶体蓝绿宝石及其制法和用途

说明书

本发明涉及晶体和晶体生长领域。具体涉及产生激光特别是可调谐激光的蓝绿宝石(为叙述方便起见，以晶体所呈的颜色而暂定此名)晶体；本发明还涉及该晶体的制备方法以及使用该晶体的激光器。

紧凑型全固化激光器是目前激光研究及其产业发展的主要方向。而此种类型的蓝绿光(455-577nm)激光器由于在水下通讯、激光雷达、卫星遥感、显示及光存储等领域有重要的应用价值而倍受重视。然而，从材料的角度而言，直接从固体中产生蓝绿激光是很困难的。其主要原因是激发态吸收限制了激光能量输出。另一种途径是借助于外部二次谐波效应将固体中产生的910-1154nm近红外激光转换成蓝绿激光，转换效率可达50％以上。这种材料如在红光区域有较宽的强吸收带，则适合于二极管激光泵浦，将是很有应用前景的全固化蓝绿激光材料。

在现有的商品化固体可调谐激光器中，掺铬氟化锂锶铝(LiSAF∶Cr³⁺)和掺钛蓝宝石(Al₂O₃∶Ti³⁺)激光器都具有较高的效率及在红光和近红外区域有很宽的调谐范围。其中，LiSAF∶Cr³⁺晶体在红光波段有很宽的吸收带，可用二极管激光泵浦并有较高的效率和较低的温度稳定性要求。LiSAF∶Cr³⁺的915nm激光强度占峰值激光强度的70％左右(915nm以上激光强度更弱)，经BBO倍频，很容易产生457.5nm的“海军蓝”光。尽管如此，LiSAF∶Cr³⁺仍有一些不足之处，如较低的机械强度，水解，氟化物原料制备造成的环境污染等。这些弱点在一定程度上限制了其商品化规模。而Al₂O₃∶Ti³⁺晶体在915nm处的激光强度与峰值之比不足30％，长波方向的激光强度更弱，就目前来看尚无二极管激光泵浦的可能性。此外红外残余吸收是该晶体无法消除的缺陷。因此如何探索新的在二极管激光波段有强的宽带吸收，发射波长在910-1154nm的低阈高效激光晶体，已成为全固化蓝绿激光晶体材料领域中的前沿课题。

目前，生长掺铬氟化锂锶铝晶体和掺钛蓝宝石的方法有多种，例如提拉法、区熔法和坩埚下降法等等。

为解决全固化蓝绿激光材料的需要，申请人做了大量的工作，导致了本发明。因此，本发明提供一种激光晶体，特别是可调谐激光晶体，该晶体由以下化学分子式

                (Li_1-y(Ta_1-αNb_α)_1-xCr_xY_yO₃)_1-zM_z代表，其中

Li为一价锂离子Li⁺；

Ta和Nb分别为别五价钽离子Ta⁵⁺和五价铌离子Nb⁵⁺；

Cr为三价铬离子Cr³⁺；

Y为三价钇离子Y³⁺或三价镥离子Lu³⁺；

O为二价氧离子O^2-；

M选自氧化镁(MgO)，或氧化锌(ZnO)，或二者的混合物；

α＝0-1；

x＝0.0001-0.01；

y＝0，x；

z＝0-0.1。无掺杂情形，即x＝y＝z＝0时，该化学分子式代表基质晶体钽铌酸锂LiTa_1-αNb_αO₃，此晶体属于三方晶系，空间群C3v-R3c(161)，单位晶胞中含有2个分子式单位。当α＝0时，基质晶体为钽酸锂LiTaO₃，晶胞参数a＝0.5159nm，c＝1.376nm，熔点1650℃；当α＝1时基质晶体为铌酸锂LiNbO₃，晶胞参数a＝0.5159nm，c＝1.376nm，熔点1253℃；当α≠0时，基质晶体为钽铌酸锂混晶LiTa_1-αNb_αO₃。基质掺杂情形，即x，y，z≠0时，该化学分子式代表复合钽铌酸锂。