[发明专利]面向3.7～4.2微米全固体激光器的中红外钬钕双掺激光晶体

说明书

本发明公开了一种面向3.7～4.2微米全固体激光器的中红外钬钕双掺激光晶体，涉及中红外激光增益材料领域，该激光晶体中，三价钬离子作为激活离子，对应的能级跃迁为Ho³⁺：⁵I₅→⁵I₆，三价钕离子具有双重作用，一方面，既可作为三价钬离子的敏化离子，使得晶体适合于商业化、大功率LD泵浦，另一方面，又可作为三价钬离子的退激活离子，使得三价钬离子的激光下能级⁵I₆能级寿命大大降低，同时三价钬离子的激光上能级⁵I₅能级寿命没有明显的变化，有利于实现粒子数反转，实现有效激光输出，降低激光阈值和提高激光效率。该激光晶体可以用于3.7～4.2微米的激光输出，在医疗、科研及军事等领域有着重要的应用前景。

技术领域

本发明涉及激光晶体增益材料技术领域，具体涉及一种面向3.7～4.2微米全固体激光器的中红外钬钕双掺激光晶体。

背景技术

3.7～4.2微米波段激光在大气污染监控、传感、医疗、海洋探测、工程控制、光谱学、遥感、激光雷达、光电对抗等民用和军用领域具有等领域具有广泛的应用前景。在众多稀土离子中，Ho³⁺离子是实现3～5微米波段激光输出的有效稀土离子之一，其中⁵I₅→⁵I₆的能级跃迁可产生3.7～4.2微米波段的激光。

在国外，2004年，Stutz等在Ho:BaY₂F₈(BYF)晶体中获得3.9微米的脉冲激光输出，抽运光为889nm的Cr³⁺:LiSAF脉冲激光，当Ho:BYF的掺杂浓度为30％时，采用双向泵浦方式，在253K的温度下，获得最高90mJ的3.9微米脉冲激光输出。目前最好的结果是由美国军工生产厂家Northrop Grumman公司在Ho:YLF晶体中获得的，已经实现180mJ的3.9微米脉冲激光输出。然而依然存在这样的问题：泵浦源局限于889nm的Cr³⁺:LiSAF脉冲激光、系统复杂、稳定性差、激光输出能量低、效率低等。

而在国内，该方面的研究远远落后于国外，目前只有长春理工大学、天津大学、清华大学以及四川大学等在Ho³⁺掺杂YLF和BYF晶体的生长与光学性能方面进行过少量相关报道。

综上所述，目前基于Ho³⁺掺杂激光晶体实现3.7～4.2微米激光输出仍难以被广泛应用，泵浦源局限于889nm的Cr³⁺:LiSAF脉冲激光、系统复杂、稳定性差、激光输出能量低、效率低等，通过分析其主要原因在于：缺乏高效3.7～4.2微米荧光发射的中红外激光增益材料。主要表现在以下几个方面：(i)Ho³⁺上能级⁵I₅的荧光寿命远远低于下能级⁵I₆的荧光寿命，难于形成粒子数反转，导致激光自终止；(ii)Ho³⁺离子在889nm吸收弱，需要高掺杂浓度来提高泵浦吸收效率，反而增加晶体缺陷，降低激光输出效率；(iii)相比目前发展成熟的LD，Cr³⁺:LiSAF脉冲激光作为泵浦源使得系统复杂、稳定性差、成本高。

因此研究面向3.7～4.2微米全固体激光器的中红外钬钕双掺激光晶体对发展3.7～4.2微米的激光输出具有重要意义。目前，国内外未见有钬钕双掺晶体作为3.7～4.2微米中红外激光晶体的相关报道。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种面向3.7～4.2微米全固体激光器的中红外钬钕双掺激光晶体，该晶体可以实现3.7～4.2微米的激光输出，在医疗、科研及军事等领域有着重要的应用前景。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：