[发明专利]稀土离子掺杂的钙钛矿型氧化物可见激光晶体

说明书

技术领域

本发明涉及激光材料领域，具体是一类稀土离子掺杂的钙钛矿型氧化物可见激光晶体。

背景技术

可见激光在材料加工、生物医学、天文观测、量子通信等领域具有重要的应用前景。目前，实现可见激光的方法主要是半导体激光器和非线性光学变频技术。然而，半导体激光器通常具有相对较宽的波长宽度和高度的像散，在较高输出功率时，其输出激光的相干性不够理想，且发散角比较大，制约了其在诸如遥感等有高光束质量需求领域的应用；非线性光学变频技术通常系统结构复杂，且性价比偏低，这也限制了它的应用范围和领域。

在全固态激光器中，获得可见激光最直接的办法是通过泵浦激活离子实现下转换激光输出。在过去几十年，由于缺少合适的泵浦源，固体可见激光器发展缓慢。近年来，得益于全球LED照明革命的巨大推动，GaN基蓝光激光二极管(LD)有了长足的发展，功率已达到瓦级，价格也大幅下降，这为用GaN基蓝光LD直接泵浦激光晶体产生可见激光提供了新的可行途径，预计将引发半导体激光泵浦的可见光晶体的研究热潮，使全固态可见激光的研究和应用进入一个全新阶段。由于蓝光泵浦源的波长和所要产生的可见光波长相近，量子缺陷小，因此采用GaN基蓝光LD进行泵浦有利于降低激光器的热效应，提高激光效率。另外，利用可见激光进行二倍频、三倍频而获得紫外、深紫外激光，对于获得新波段紫外激光、提高紫外固体激光的效率和功率等具有重要意义。

目前已报道的采用GaN LD直接泵浦获得可见激光的稀土离子仅有Pr³⁺、Dy³⁺、Sm³⁺、Er³⁺四种，基质多为声子能量较低的氟化物(如LiYF₄、LiGdF₄、KYF₄、KY₃F₁₀、LiLuF₄等)和少量的氧化物(仅YAG、LuAP、YAP、Mg:SrAl₁₂O₁₉几种)。由于氟化物的化学稳定性和机械强度较差，通常会给实际应用造成很大困难。而氧化物与氟化物相比，虽然其声子能量较高，无辐射跃迁几率较大，但其化学稳定性和机械强度更好，对单晶制备设备条件、安全防护要求相对低，因而具有更大的实际应用价值，因此，研究稀土离子掺杂氧化物的可见激光更具应用潜力。

GdScO₃和LaLuO₃晶体为类钙钛矿结构，属于正交晶系，声子能量较低，约700 cm^-1，通过掺杂Pr³⁺、Dy³⁺、Sm³⁺、Er³⁺ 离子，这些离子进入GdScO₃和LaLuO₃的Gd或La格位后，对称性为m，存在较强的电偶极子发光跃迁，有望实现高效可见激光输出。目前，人们对GdScO₃和LaLuO₃作为激光基质材料的研究较少，已报道的仅有Nd掺杂GdScO₃近红外激光晶体和Er掺杂LaLuO₃纳米多晶红外激光材料。作为激光基质材料，此类晶体易于通过提拉法生长优质单晶、且具有优异的机械性能，易于加工。更为重要的是，与YAG晶体（声子能量为860 cm^-1）相比，此类晶体具有更低的声子能量，有利于减小多声子弛豫发生的几率，更易实现可见激光输出。而且，晶体对称性低，这对于解除稀土离子的4f 组态内的跃迁禁戒和提高发光效率更为有利。另外，此类晶体是双折射较高的晶体，在较高功率泵浦时，其自然双折射远远大于热致双折射而占主导地位，可消除由于热致双折射带来的不利影响，如热退偏损耗等。

发明内容本发明的目的是提供一种稀土离子掺杂的钙钛矿型氧化物可见激光晶体，以解决现有技术氟化物的化学稳定性和机械强度较差、制备困难的问题，为全固态可见激光器提供了新型氧化物工作物质。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：