[发明专利]高效抗辐射中红外激光晶体Re,Er:GSGG及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能晶体材料领域，具体的说是一种具有抗辐射性能的Ho³⁺或Pr³⁺与Er³⁺共掺的钆钪镓石榴石激光晶体(Re，Er:GSGG)及其制备方法。

背景技术

铒离子的⁴I_11/2→⁴I_13/2跃迁，在不同的基质中可产生2.7-3μm波段的激光，这个波段与水的强吸收峰位置重叠，因而水对它的吸收率特别高，是精细外科手术理想的工作波段，这一性质使铒激光在生物和医学领域已得了非常广泛的应用。另外，用2.7-3μm的激光泵浦红外非线性晶体实现光参量振荡，能够获得3～19μm的高功率红外光源，可用于光电对抗(干扰)、红外照明、激光雷达、自由空间通信、化学和生物战剂的探测、环境污染监测以及反恐等领域。

在辐射环境和空间环境中应用的激光器会受到γ射线和宇宙射线等高能粒子的辐射，从而要求激光器具有抗高能射线辐射的能力，因此高效抗辐射激光材料对于辐射环境和空间环境激光技术的发展具有重要的意义。钆钪镓石榴石晶体Gd₃Sc₂Ga₃O₁₂(GSGG)是性能优良的激光工作基质，晶体结构属于立方晶系，可以采用熔体提拉法生长出高光学质量的单晶。Zharikov(E.V.Zharikov，et al.Effect of UV-and γ-irradiation on the lasing characteristics ofneodymium lasers，Bull.Acad.Sei.USSR，Phys.Ser，1984，48：103)等人的实验证明，Nd，Cr:GSGG激光器在受到紫外线或10Mrad的⁶⁰Coγ射线辐照后，其激光性能几乎不受影响，而Nd:YAG(Y₃Al₅O₁₂)激光器在受到1Mrad的γ射线辐照后，其激光输出下降了一个数量级。我们的⁶⁰Coγ射线辐照实验也证明了GSGG基质优良的抗辐射性能。文献(Y.N.Xu，et al.Electronic structure andbonding in garnet Gd₃Sc₂Ga₃O₁₂，Gd₃Sc₂Al₃O₁₂and Gd₃Ga₅O₁₂compared to Y₃Al₅O₁₂，Physical Review B，2000，61：1817)对GSGG晶体抗辐射机制的研究认为，位于八面氧配位体中心的Sc原子与GGG、YAG晶体中相同位置的Ga和Al原子相比，具有较高的共价特点及键的有序性，使抵抗色心形成的能力增强，是GSGG晶体具有强抗辐射能力的原因。