[发明专利]一种掺镱稀土钽酸盐飞秒激光晶体及其制备方法

权利要求书

1.一种掺镱稀土钽酸盐飞秒激光晶体，其特征在于，该晶体是以具有单斜对称结构的褐钇铌矿型稀土钽酸盐为基质的飞秒激光晶体，所述晶体的化学式为Yb³⁺:RETaO₄，分子式为Yb_xRE_1-xTaO₄，其中RE为La,Sc,Lu或Y；0x1；分子式Yb_xRE_1-xTaO₄中，Yb³⁺随机取代RE³⁺离子，并与周围八个氧原子配位形成畸变的八面体，Yb³⁺与RE³⁺离子位于畸变的八面体中心，Ta⁵⁺与周围四个氧原子配位形成畸变的四面体，并位于畸变的四面体中心；

所述晶体的制备方法包括以下步骤：

1)采用固相法或液相法制备晶体的多晶原料:

固相法是将氧化物原料Ta₂O₅、Yb₂O₃、RE₂O₃，其中RE为La,Sc,Lu或Y，作为初始原料按照下列化学反应方程式进行称量：

xYb₂O₃+(1-x)RE₂O₃+Ta₂O₅＝2Yb_xRE_1-xTaO₄

其中x＝0.5-30at％；然后将称量的化合物充分混合，再经过100～300MPa的冷等静压后，通过高温固相法在1550℃～1700℃温度下烧结48～72小时得到Yb³⁺:RETaO₄多晶原料；

所述液相法是采用共沉淀法或熔融-凝胶法制备所述晶体的多晶原料；

2)熔体法生长单晶：将步骤1)中固相法或液相法制备的Yb³⁺:RETaO₄多晶原料，放入铱金材质的生长坩埚内，通过电阻或感应加热使原料充分熔化，获得晶体生长初始熔体，然后以[100]、[010]或[001]结晶方向的无掺杂的RETaO₄单晶作为籽晶，其中RE为La,Sc,Lu或Y，采用熔体法晶体生长工艺—包括提拉法、坩埚下降法、温梯法、微下降法来进行单晶生长，获得晶体。

2.如权利要求1所述的掺镱稀土钽酸盐飞秒激光晶体，其特征在于，Yb³⁺离子的掺杂浓度是0.5-30at％，0.005x0.3；其中at％表示原子百分比。

3.如权利要求1所述的掺镱稀土钽酸盐飞秒激光晶体，其特征在于，所述Yb³⁺:RETaO₄晶体作为飞秒激光介质，采用当前应用成熟的940nm或者970nm半导体激光器作为泵浦源，通过²F_7/2→²F_5/2能级跃迁，将基态的粒子抽运到²F_5/2能级上，然后²F_5/2能级上粒子再通过无辐照跃迁弛豫到²F_5/2最低Stark子能级上，形成粒子数反转，从而实现Yb³⁺离子²F_5/2到²F_7/2的准三能级受激跃迁产生1.03微米近红外激光。

4.如权利要求1所述的掺镱稀土钽酸盐飞秒激光晶体，其特征在于，所述Yb³⁺:RETaO₄晶体作为飞秒激光介质，采用SESAM棱镜或者Kerr棱镜作为饱和吸收体，通过锁模的方式实现飞秒脉冲激光输出。