[发明专利]一种2.8-3微米激光晶体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能晶体材料领域，具体的说是一种高效2.8-3微米Yb³⁺单掺敏化Ho³⁺或Cr³⁺，Yb³⁺共掺敏化Ho³⁺的铝酸钇YAlO₃激光晶体。

背景技术

YAlO₃(YAP)晶体是优良的固体激光基质材料，它是一种双光轴晶体，属正交晶系，其空间群为P_bnm，该晶体各向异性，使其具有很多优点。第一，YAP晶体和YAG(Y₃Al₅O₁₂)晶体在热力学及机械性能方面比较相似；第二，当在较高功率泵浦的条件下，YAP晶体的自然双折射超越热双折射而占主导地位，所以可以忽略由于热双折射带来的不利影响；第三，三价稀土离子掺杂的YAP晶体可以产生线性偏振的激光；第四，通过改变光场矢量在晶体中的方向，可实现激光波长的小范围调谐。

2.7-3μm波段附近激光在医疗、科学研究及军事等领域有着重要的应用。目前掺Er³⁺激光在2.7-3μm的激光已获得较为广泛的应用，然而掺Er³⁺的荧光为线状谱，对于特定的基质，只能获得1-2个固定波长的激光，如Er:YSGG的2.7和2.79μm波长，而且需高浓度Er³⁺掺杂。Ho³⁺离子掺杂晶体的荧光为宽带谱，可以获得2.8-3微米可调谐激光。但在单掺Ho³⁺的激光材料中，由于Ho³⁺在闪光灯及目前发展成熟的半导体激光发射波段的吸收较弱，影响了泵浦效率。有文献报道使用Nd:YAlO₃的1.08μm激光，采用腔内泵浦的方式，研究了Ho:YAlO₃晶体在2.844-3.017μm波段激光的调谐性能(参见W.S.Rabinovich，et al，Tunable laser pumped3μm Ho:YA1O₃ Laser，IEEE J Quan.Elect.，1991，27：895.)。但是这种激光泵浦方式复杂，而且稳定性差，为了简化结构，提高泵浦效率，对Ho³⁺离子进行敏化很有必要。由于Yb³⁺能与InGaAs发射波长有效耦合，有较强吸收，并且Yb³⁺(²F_5/2)的发射带和Ho³⁺(⁵I₆)的吸收带有一定的重叠，使得Yb³⁺能对Ho³⁺进行敏化，将吸收的能量转移给Ho³⁺离子，可达到提高对泵浦光吸收效率和降低激光振荡阈值的目的。有文献对Yb，Ho:YSGG(Y₃Sc₂Ga₃O₁₂)晶体进行过报道(参见A.Diening，et al，Spectroscopy and diode-pumped laser oscillation of Yb³⁺，Ho³⁺-doped yttrium scandium gallium garnet，J Appl.Phys.2000，87：4063)。另外，A.F.Umyskov等人发现在Cr，Yb共掺敏化的Ho:YSGG晶体中Cr³⁺→Yb³⁺→Ho³⁺泵浦光能量转换效率可超过90％(参见Efficient 3-μm Cr³⁺:Yb³⁺:Ho³⁺:YSGG crystal laser，Quantum Electronics，1996，26：771)，而且激光实验结果表明，Cr，Yb，Ho:YSGG有着比Cr，Er:YSGG晶体更高的增益。