[发明专利]一种宽调谐超快激光晶体材料及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种宽调谐超快激光晶体材料(Yb:Bi₁₂SiO₂₀，以下简称Yb:BSO)及应用。

背景技术

二极管泵浦的飞秒激光器是产生高峰值功率和高重复率脉冲的激光光源。它具有结构紧凑、经济、全固化的特点。掺Yb离子低阈值宽调谐高功率超快激光的激光材料将是今后研究Yb激光材料的重点，对发展全固态高性能激光器具有十分重要的战略意义。可调谐激光器(tunable laser)是指在一定范围内可以连续改变激光输出波长的激光器，是当前激光技术重要发展方向之一，可用于光谱学、光化学、医学、生物学、集成光学、污染监测、半导体材料加工、信息处理和通信等。另外，近年来小型化超强超快激光技术的迅猛发展，为人类提供了全新的实验手段与极端的物理条件，并由此开创了超强超快激光这一全新的现代科学技术前沿领域。

但是由于目前服役用的Yb:YAG晶体，调谐范围不够宽，激光阈值较高，无法满足超快激光的要求，Chengfeng Yan等在Journal of Physics：Condensed Matter，18(2006)：1325和Solid State Communications，，137(2006)中指出Yb:YAG晶体的调谐宽度只有20nm左右，显然难以满足LD直接泵浦的低阀值宽调谐超快激光器变成现实的要求。

发明内容

为了克服上述现有的Yb:YAG晶体技术缺陷，本发明的目的之一在于提供一种宽调谐超快激光材料，并实现宽调谐超快激光输出。

本发明的技术解决方案：

本发明提供的一种宽调谐超快激光材料及器件，其主要组成为镱离子掺杂的硅酸铋激光晶体(Yb:Bi₁₂SiO₂₀，以下简称Yb:BSO)，其具体组成为Yb_12x:Bi_12(1-x)SiO₂₀，其中x的变化范围为0＜x＜1，利用此晶体可以获得宽调谐超快激光器件，从而实现激光器的小型化、简洁化。

本发明所涉及的Yb:Bi₁₂SiO₂₀激光晶体，可以采用提拉法、坩埚下降法、区域熔融法等各种晶体生长方法获得。

本发明涉及的激光器件为以Yb:Bi₁₂SiO₂₀激光晶体作为增益介质的宽调谐或超快激光器件。

具体地说①所述激光晶体可以用930-950nm LD或者960-980nm LD直接泵浦获得激光输出；

②所述激光晶体可以用于超快(ps，fs量级)激光输出；

③所述激光晶体可以用于宽调谐(950-1100nm连续)激光输出。

由此可见，本发明提供的Yb:BSO晶体的优异激光光学特性将实现LD直接泵浦的低阈值宽调谐超快激光器变成现实，从而推动激光器更加简洁化，更加小型化。本发明提供的Yb:BSO晶体利用Yb离子在BSO晶体中具有大的能量分裂特点，从而使材料具有低的激光阀值和具有宽的调谐特性，采用单棱镜进行光谱调谐试验，结果表明可获得从930-1100nm的宽调谐连续激光输出，约67nm，和P_s，f_s量级超快的激光输出。所述的激光晶体材料加工成圆柱体，且晶体的两个圆面抛光镀膜，搭建成激光系统。

具体实施方式

实施例1：

按照分子式进行原料配比，提拉法生长生长Yb_12x:Bi_12(1-x)SiO₂₀晶体，原料配比中取x＝0.5％。首先将高纯氧化铋和氧化硅和氧化镱按上述配比称重，机械混合均匀后，在马弗炉中以1000-1600℃烧结，装入生长单晶炉，抽真空，充入氮气进行晶体生长。生长晶体后，缓慢降至室温，取出晶体，经检验Yb离子浓度均匀分布，晶体的光学性质很好.

实施例2：

按照分子式进行原料配比，坩埚下降法生长生长得到的Yb_12x:Bi_12(1-x)SiO₂₀晶体，原料配比中取x＝5％。首先将高纯氧化铋和氧化硅和氧化镱按上述配比称重，机械混合均匀后，在马弗炉中以1000-1600℃烧结，装入生长单晶炉，抽真空，充入氮气进行晶体生长。生长晶体后，缓慢降至室温，取出晶体，经检验Yb离子浓度均匀分布，晶体的光学性质很好.

实施例3：