[发明专利]一种铒钬镨三掺杂氟化铅中红外激光晶体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铒钬镨三掺杂氟化铅中红外激光晶体及其制备方法，本发明生长的铒钬镨三掺杂氟化铅晶体中，由于铒离子能在980nm LD下激发，铒离子的⁴I_11/2→⁴I_13/2跃迁可以产生2.7微米附近的荧光，同时铒离子的⁴I_11/2能级传递一部分能量到钬离子的⁵I₆能级，使得钬离子的⁵I₆→⁵I₇跃迁产生2.9微米附近的荧光，从而实现中红外光谱的半峰全宽高达330nm；而镨离子的掺入既增强了铒离子的⁴I_11/2能级与钬离子的⁵I₆能级间的能量传递效率，同时又使得铒离子的⁴I_13/2能级和钬离子的⁵I₇能级的寿命大大降低，有利于实现粒子数反转和实现激光输出，降低激光阈值和提高激光效率。

技术领域

本发明涉及激光晶体材料技术领域，具体涉及一种铒钬镨(Er³⁺、Ho³⁺、Pr³⁺)三掺杂氟化铅(PbF₂)中红外激光晶体及其制备方法。

背景技术

2.7～3.0微米波段激光在生物工程、医疗卫生、军事等领域具有广泛的应用前景，而且是可以通过非线性途径获得更长波长激光的理想泵源。目前在2.7～3.0微米波段研究比较集中的是利用掺Er³⁺的激光晶体如YAG、GGG和LYF等，而且2.94微米掺Er³⁺的YAG晶体已经获得产业化。然而，掺Er³⁺的激光材料，一般在特定的基质中只能获得固定波长的激光，而且铒离子的⁴I_11/2→⁴I_13/2跃迁产生荧光时下能级寿命远高于上能级，需要Er³⁺离子的高浓度掺杂通过上转换的能量传递机制实现荧光输出。另外，掺Ho³⁺的激光晶体中，缺乏泵浦源的问题制约了Ho³⁺的2.8～3.0微米的连续激光输出。Ho³⁺不存在与Er³⁺类似的上转换的能量传递机制，不能通过高浓度掺杂实现2.8～3.0微米的激光输出，而且Ho³⁺的⁵I₆→⁵I₇跃迁发出2.9微米附近的荧光时下能级寿命远高于上能级，导致容易出现上能级粒子数低于下能级粒子数，难以形成粒子数反转，最终出现激光自终止，这是Ho³⁺离子难于实现2.8～3.0微米激光输出的原因。但是，上述两种离子可以掺入少量的退激活离子(Pr³⁺)大大降低激光下能级⁴I_13/2和⁵I₇的荧光寿命，从而为2.7～3.0微米连续激光输出提供了一条有效可行的途径。而Er³⁺除了能发出2.7～3.0微米荧光外，还可以作为Ho³⁺的敏化离子，有效解决其缺乏泵浦源问题。而Pr³⁺除了上述退激活作用降低了下能级寿命外，还增强了Er³⁺对Ho³⁺的敏化效果。最终由于Er³⁺的⁴I_11/2→⁴I_13/2及Ho³⁺的⁵I₆→⁵I₇的同时跃迁和Pr³⁺的退激活作用，实现3微米荧光光谱的展宽与增强。