[发明专利]掺钕A3BGa3Si2O14系列晶体及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种掺钕A₃BGa₃Si₂O₁₄系列晶体及其制备方法与应用，属于激光与非线性光学的技术领域。

背景技术

全固态绿光激光器在激光生物医学、激光彩色显示、激光高密度数据存储、激光光谱学、激光打印、激光水下成像与通讯等领域具有重要应用前景。激活离子Nd³⁺对应的⁴F_3/2→⁴F_11/2四能级结构跃迁谱线(1.06μm)增益强、发射截面大、效率高。商用半导体激光器(GaAs/GaAlAs,～808nm)泵浦的掺Nd³⁺的YAG、YVO₄、YLF和YAP等激光晶体输出功率已经达到很高水平并且实现了1.06μm固体激光器商业化。目前，实现全固态绿激光光源0.530μm的主要是用KTP和LBO倍频晶体倍频上述1.06μm激光得到，具有效率高、光束好、体积小、稳定性高和寿命长等优点。获得可见光的另一种重要方式是采用激光自倍频技术。所谓自倍频晶体，就是增益介质本身还具有非线性光学的性能，它能利用基质的非线性效应把激活离子受激辐射产生的基频光进行频率转换，得到倍频光。因此，这类晶体必须是不具有对称中心，而且按照相位匹配方向加工。与同时使用激光晶体和倍频晶体的激光器相比，自倍频激光器的特点是体积小，结构简单，光路调整容易，特别是造价低的优势使其具有重要的应用前景。

目前实现自倍频绿光激光运转的晶体主要有Nd:MgO:LiNbO₃、Nd_xY_1-xAl₃(BO₃)₄和Nd:ReCaO₄(BO₃)₃(Re:Y和Gd)。尽管LiNbO₃晶体的有效非线性系数很大(d_eff＝5.3pm/V)，但是由于光折变效应的存在使该晶体易产生光损伤。虽然可以通过在晶体中掺MgO来减弱这种效应，但同时也影响了晶体的光学质量，限制了Nd³⁺的掺杂浓度。Nd_xY_1-xAl₃(BO₃)₄(NYAB)晶体的不足之处是不易获得高光学质量的大块单晶。这主要是因为Nd³⁺离子和Y³⁺离子的半径相差较大，而且NYAB并非NAB和YAB的均匀固熔体，而是NAB或者YAB晶体与NYAB晶体的复合体。这就造成NYAB晶体中许多结构性缺陷，还使晶体的电轴转动，晶体中产生电双晶。另外NYAB在530nm处的吸收较强，对自倍频输出非常不利。Nd:ReCaO₄(BO₃)₃(Re:Y和Gd)晶体虽然具有较大的有效非线性系数但是晶体的对称性低，热学性质各向异性较强，实际应用控温要求高。因此，迫切有必要探索综合性能优良的激光自倍频晶体。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供掺钕A₃BGa₃Si₂O₁₄系列晶体。

本发明还提供一种上述掺钕A₃BGa₃Si₂O₁₄系列晶体的制备方法。

本发明还提供一种上述掺钕A₃BGa₃Si₂O₁₄系列晶体的应用。实际应用中将Nd:A₃BGa₃Si₂O₁₄系列晶体沿1066nm相位匹配方向加工成倍频器件。本发明自倍频绿激光器(输出波长533nm)是利用商用半导体激光器(LD，中心波长808nm)泵浦的上述倍频器件得到。该激光器具有结构简单、使用方便、稳定性好、寿命长、体积小、转化率高等优点，有利于自倍频绿光激光器发展和应用。

本发明的技术方案如下：

专业技术术语：

1.倍频(SHG)