[发明专利]一种以氟化物为基质材料的铁钬共掺激光晶体及其制备方法与应用有效

专利信息
申请号: 202110087755.X 申请日: 2021-01-22
公开(公告)号: CN112921398B 公开(公告)日: 2022-05-24
发明(设计)人: 张沛雄;牛晓晨;李真;陈振强 申请(专利权)人: 暨南大学
主分类号: C30B29/12 分类号: C30B29/12;C30B11/00;C30B28/06;H01S3/16
代理公司: 广州市华学知识产权代理有限公司 44245 代理人: 苏运贞
地址: 510632 广东*** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 一种 氟化物 基质 材料 铁钬共掺 激光 晶体 及其 制备 方法 应用
【说明书】:

发明公开了一种以氟化物为基质材料的铁钬共掺激光晶体及其制备方法与应用,涉及激光晶体技术领域。本发明晶体选取氟化物作为基质材料,铁离子作为激活离子,发光范围位于中红外波段,三价钬离子两激发态之间的能级跃迁发出的荧光光谱与二价铁离子的吸收光谱匹配度非常高,所以选取三价钬离子作为二价铁离子的敏化离子,以实现高功率的中红外激光输出。该晶体可以用于3~5微米中红外激光输出,在激光光谱学、激光医疗、卫星传感、环境监测、军事对抗、分子检测等领域有着重要的应用价值和前景。

技术领域

本发明涉及激光晶体技术领域,具体涉及一种以氟化物为基质材料的铁钬共掺激光晶体及其制备方法与应用。

背景技术

中红外波段激光在大气传输过程中衰减小,同时覆盖了许多原子、分子的吸收峰,被称为红外第二大气窗区,在激光雷达、遥感、医疗诊断、环境监测、空间光通讯、激光光谱学、医疗美容、工业加工以及光电对抗等领域均有重要的应用。目前实现中红外激光发射的主要方式有:利用倍频或者差频技术、采用光参量振荡的方法、量子级联激光器、直接抽运能实现中红外激光输出的掺杂稀土离子的激光晶体或者光纤等方法。

本发明旨在寻找能够直接泵浦产生中红外激光的激光材料。铁离子掺杂的激光晶体是输出中红外波段激光的有效激光材料之一,其晶体具有超宽的吸收光谱和荧光光谱,在中红外波段具有良好的宽带可调谐与高脉冲能量输出特性。选取氟化物为基质晶体,其热稳定性良好、声子能量低、储能高,有利于实现高效率的中红外激光辐射。然而目前基于铁离子实现有效的中红外激光输出的发展相对滞后,主要原因为:泵浦源局限于2.7~3.0微米的中红外激光器,该类激光器的泵浦系统复杂、稳定性差、激光输出能量低、效率低。

因此,研究开发输出3~5微米中红外波段的激光材料具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足,提供一种以氟化物为基质材料的铁钬共掺激光晶体。该激光晶体可以用于中红外波段的激光输出,在激光光谱学、激光医疗、卫星传感、环境监测、军事对抗、分子检测等领域有着重要的应用价值和前景。

本发明的目的可以通过如下技术方案达到:

一种以氟化物为基质材料的铁钬共掺激光晶体,所述激光晶体选取氟化物作为基质材料,二价铁离子作为激活离子,发光范围位于中红外波段,三价钬离子作为二价铁离子的敏化离子。

所述激光晶体在激光器泵浦下,钬离子有效吸收能量,其能级跃迁的能量在基质材料声子能量的辅助下,发生从钬离子到铁离子的能量传递,将能量传递给铁离子,实现钬离子的敏化功能,使晶体适合激光器泵浦。

所述激光晶体的掺杂离子浓度配比如下:铁离子的掺杂浓度范围为:0.1~50mol%,钬离子的掺杂浓度范围为:0.1~20mol%。

所述氟化物为除了氟化钬和氟化亚铁之外的AFn型氟化物或AmBnFp型氟化物。

所述AFn型氟化物包括但不限于氟化钇、氟化钡、氟化锂、氟化铅、氟化钙、氟化镁等。

所述AmBnFp型氟化物包括但不限于氟化钇钡、氟化钇锂等。

所述激光晶体用于实现3~5微米中红外波段的激光输出。

上述以氟化物为基质材料的铁钬共掺激光晶体的制备方法,包括以下步骤:选取氟化钬、氟化亚铁以及一种或多种除氟化钬和氟化亚铁之外的氟化物为原料,按照掺杂离子浓度配比进行配料,混合,研磨,使用坩埚下降法进行晶体生长,获得目标产物。

优选的,为提高晶体质量,所有原料的纯度均达到99.999%。

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