[发明专利]一种2.7-3微米波段中红外镱铒镝三掺氟化铅激光晶体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种2.7‑3微米波段中红外镱铒镝三掺氟化铅激光晶体及其制备方法，其中，Er³⁺离子作为激活离子，Dy³⁺离子具有双重作用：(1)Dy³⁺离子作为Er³⁺离子的能级耦合离子，降低Er³⁺离子⁴I_13/2的能级寿命；(2)Dy³⁺离子的⁶H_11/2能级与Er³⁺离子⁴I_13/2能级存在较小的能带间隙，因此实现从Er³⁺离子⁴I_13/2能级传递到Dy³⁺离子⁶H_11/2能级的能量传递，有利于Dy³⁺离子⁶H_13/2→⁶H_15/2能级跃迁，从而发出2.9微米波段的荧光。同时引入Yb³⁺离子解决Er³⁺离子和Dy³⁺离子在970nm处较低吸收效率的问题，提高晶体的吸收效率。

技术领域

本发明涉及中红外激光材料技术领域，具体涉及一种2.7-3微米波段中红外镱铒镝三掺氟化铅(PbF2)激光晶体及其制备方法。

背景技术

中红外激光器在大气监测、医学手术和科学研究等方面有着广泛的应用，还可应用于高质量的泵浦源中，用于长波长脉冲激光器和光学参量振荡器。在众多发光离子中，Er³⁺离子和Dy³⁺离子是实现2.7-3微米超宽波段激光输出的有效离子。Er³⁺离子的⁴I_11/2→⁴I_13/2能级跃迁和Dy³⁺离子的⁶H_13/2→⁶H_15/2能级跃迁可以产生2.7-3μm波段的荧光，但是Er³⁺离子上能级⁴I_11/2的荧光寿命远低于下能级⁴I_13/2的荧光寿命，难以形成粒子数反转，需要引入退激活离子降低其下能级寿命；而Dy³⁺的⁶H_13/2→⁶H_15/2能级跃迁实现3微米条件比较苛刻，需要低温条件或引入其它离子敏化等手段来实现。研究发现，引入Dy³⁺离子可以作为激活离子Er³⁺离子的能级耦合离子，降低Er³⁺离子的⁴I_13/2的能级寿命；另一方面，由于Er³⁺离子的⁴I_13/2能级与Dy³⁺离子的⁶H_11/2能级之间的能带间隙较小，因此可实现从Er³⁺离子⁴I_13/2能级到Dy³⁺离子⁶H_11/2能级的能量传递，利于Dy³⁺离子⁶H_13/2→⁶H_15/2能级跃迁，从而实现2.9微米波段的中红外发光，同时有利于晶体的中红外发光的光谱展宽，实现2.7-3微米宽带荧光输出。但是，目前尚没有高效的直接用于泵浦Er³⁺离子和Dy³⁺离子的LD光源，幸运的是，Yb³⁺离子的吸收带与一些成熟商用LD(如InGaAs或AlGaAs激光二极管)的发射波长相匹配，因此可以将Yb³⁺离子作为Er³⁺离子和Dy³⁺离子的敏化离子，提高晶体的泵浦吸收效率。