一种掺镱正铌酸钙激光晶体及其生长方法，该掺镱正铌酸钙激光晶体的化学式为Ｙｂ↓［ｘ］Ｃａ↓［（１－２ｘ／３）］Ｎｂ↓［２］Ｏ↓［６］，其中ｘ的取值范围是：０．００５≤ｘ≤０．２，简称为Ｙｂ：ＣａＮｂ↓［２］Ｏ↓［６］，该晶体的熔点为１５６０℃，相变点为９２５℃，晶体无色。其生长方法为熔体法生长，晶体生长结束后，采用有氧并避开晶体的相变点的降温退火处理。采用本发明专利技术方法可生长出质量优良的镱离子掺杂无序结构Ｙｂ：ＣａＮｂ↓［２］Ｏ↓［６］晶体，可以采用ＩｎＧａＡｓ激光二极管作为泵浦光源，实现飞秒激光的输出。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光晶体，特别是一种，化学式为YbxCa(1-2x/3)Nb206 ( 0.005《x《0.2),(简称为Yb: CaNb206)。本专利技术是一种用于产生lpm波段飞秒激光的激光晶体，它适 合于InGaAs 二极管泵浦。
技术介绍
掺镱(Yb3+)激光材料在900—980nm范围具有较强的吸收，能与高效 的InGaAs激光二极管(波长为900—1100nm)有效地耦合，加之它能级简 单，抽运波长与振荡波长相近，量子效率高，这些优点十分有利于在IOOOnm 附近实现超快高功率激光输出。掺镱激光材料的发射谱带越宽，愈容易实现 宽调谐和高功率超快激光的输出。因此，随着高性能InGaAs激光二极管的发 展和成本的降低，近年来，寻求具有宽发射谱的Yb掺杂激光增益介质材料引 起了人们的极大兴趣。 一般而言，Yb离子占据基质中低对称性的格位或多种 格位，非常有利于Yb的吸收和发射光谱的宽化。至今，己发现有较宽发射谱 带适宜于宽调谐超快激光输出的Yb激光材料主要有Yb:Phosphate QX玻璃， Yb:Sr3Y(B03)3 (Yb:BOYS)， Yb:SrY4(Si04)3 (Yb:SYS)， Yb:Y2Si05 (Yb:YSO) 和Yb:Lu2Si05 (Yb丄SO)等材料(参见2002年J. Opt. Soc. B.,Vo1.19 (5), p.1083, 2004年Opt. Lett. Vol.29， p. 1879,和2005年Opt. Lett. Vol.30 p. 857)。飞秒激光在超快时间分辨光谱、微电子加工、光钟、计量、全息、高容 量光通讯等众多领域有着广泛的应用。目前商业化的飞秒激光器多为锁模钛 宝石激光器，但由于钛宝石的吸收谱位于可见光的范围，通常采用515nm氩 离子激光器或532nm的绿光激光器作为泵浦源，使激光器结构复杂，限制了 其更广泛的应用。多年来人们一直在追求用激光二极管泵浦可以直接产生飞 秒激光输出的激光材料，并希望研制成可以提供实际应用的飞秒激光器。2006年，法国Y. Zaouter等人报道在Yb:CaGdA104晶体中实现激光二 极管泵浦的飞秒激光输出。采用980nm光纤耦合激光二极管泵浦获得了脉宽为46fs(飞秒)的锁模激光输出。在Yb:CaGdA104晶体中，Yb3+、 Ca2+ 和Gc^的离子半径接近，导致离子在晶格位置的无序分布，从而引起光 谱线的非均匀展宽，有利于超短脉冲激光产生。在含有二价碱土金属的基质晶体中，当掺入^L士离子时，稀土离子取 代二价碱土金属离子格位，由于电荷补偿的影响，晶体中出现部分畸变 结构，掺入的稀土离子和碱土金属离子的相互位置不固定，晶体中稀土 离子具有无序结构，稀土离子的吸收和发射谱线都比较宽，可提高激光 二极管泵浦的激光效率，有利于宽的波长调谐和锁模脉冲激光的输出。正铌酸钙晶体CaNb206属于正交晶系，空间群为/):，是一种优良的激光基质晶体。将Y^+掺到CaNb206晶体中，该晶体中Yb^无序结构分 布，有可能是一种有前途的激光晶体，有望实现飞秒激光输出。
技术实现思路
本专利技术的目的在于公开一种，以 获得适用InGaAs激光二极管有效泵浦的输出飞秒激光的激光晶体。 本专利技术的技术解决方案如下一种掺镱正铌酸钙激光晶体，其特点是该掺镱正铌酸钙激光晶体的 化学式为YbxCa(1.2x/3)Nb206，其中x的取值范围是0駕《x《0.2,简 称为Yb: CaNb206，该晶体的熔点为1560°C，相变点为925°C，晶体无色。一种掺镱正铌酸钙激光晶体的生长方法，包括下列步骤① 原料配方初始原料采用Yb203、 CaCOjnNb205，并按摩尔比;c/2 : 〃-2x/" : 1 进行配料，其中x的取值范围为0.005 0.20;② 选定原料配方的摩尔比后，称取所有原料Yb203、 CaC03和Nb205， 充分混合均匀后在液压机上压制成块，然后烧结成Yb:CaNb206晶体原 料块，然后装入坩埚内，采用熔体法生长Yb:CaNb206单晶，晶体生长 结束，晶体提脱后，采用有氧并避开晶体的相变点的降温退火处理。所述的掺镱正铌酸钙激光晶体的生长方法为提拉法，其具体歩骤是将晶体原料块装入铱金坩埚，将铱坩埚和籽晶装入提拉单晶炉内，所述的籽晶是<001>方向的CaNb206晶棒，装入单晶炉完后，单晶炉内抽真 空至l 10Pa，充入0.01 0.03 MPa中性气氛或还原性气氛，在高于熔 点50 80。C时化料，恒温1 2小时，在156(TC时进行晶体生长，晶体 生长速度为1 2mm/h，晶体的转动速度为5 10rpm (转/每分钟)，晶 体生长结束，晶体提脱后，充0.001 0.003 MPa氧气或空气，以20 40°C/h 的速率降温，当降温至950 100(TC时，通过调整加热功率，快速跳过 该晶体的相变点温度；或者加快降温速率，以40 6(TC/h的降温速率来 避开该晶体的相变点温度925°C,最后取出Yb:CaNb206晶体。将生长的Yb:CaNb206晶体，切割成片，光学抛光后，在室温下测 试其光谱性能，采用Jasco V-570 UV/VIS/NIR分光光度计测试吸收光谱。 采用riax550荧光光谱仪测试红外发射光谱，泵浦源采用波长为940nm 的InGaAs激光二极管。其测试结果如图1所示，图1为本专利技术方法生 长的Yb:CaNb206晶体的光谱性能，其中900 1000nm波段的强吸收带 有利于采用InGaAs激光二极管进行泵浦。Yb:CaNb206晶体具有大的发 射和发射带宽。本专利技术的Yb:CaNb206晶体在975 nm附近的吸收带宽为 8nm，其发射带宽高达70nm，优于Yb:YAG (3 nm， 10 nm)晶体和 磷酸盐玻璃(62nm)。本专利技术的特点是采用提拉法生长出质量优良的镱离子掺杂无序结构 Yb:CaNb206晶体，可以采用商业化的InGaAs激光二极管作为十分有效 的泵浦光源，实现飞秒激光的输出。附图说明图1为本专利技术Yb:CaNb206晶体的非偏振吸收光谱和发射光谱具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步说明，但不应以此限制本专利技术的保护范围。 实施例1.本实施例Yb:CaNb206单晶体的生长方法，包括下列步骤 Yb:CaNb206晶体原料的制备按照0.0025 : 0.997 : 1的摩尔比称量Yb203、CaC03和Nb205高纯原 料，混合均匀后在液压机上压制成块，然后烧结成Yb:CaNb206晶体原 料块；②采用提拉法生长Yb:CaNb206单晶采用提拉法生长Yb:CaNb206单晶体，将晶体原料块装入铱金坩埚， 将铱坩埚和籽晶装入提拉单晶炉内，所述的籽晶是<001>方向的(^础206 晶棒，装入单晶炉完后，单晶炉内抽真空至5Pa，充入0.03MPa中性气 氛或还原性气氛，在高于熔点50 80。C (1610°C 1640°C)时化料，恒 温1 2小时，在156(TC时进行晶体生长，晶体生长速度为lmm/h，晶 体的转动速度为10rpm，晶体生长结束，晶体提脱后，充0.003 MPa氧 气，以20°C/h的速率降温，当降温至950 1000。C时，通过调整加本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种掺镱正铌酸钙激光晶体，其特征在于该掺镱正铌酸钙激光晶体的化学式为Ｙｂ↓［ｘ］Ｃａ↓［（１－２ｘ／３）］Ｎｂ↓［２］Ｏ↓［６］，其中ｘ的取值范围是：０．００５≤ｘ≤０．２，简称为Ｙｂ：ＣａＮｂ↓［２］Ｏ↓［６］，该晶体的熔点为１５６０℃，相变点为９２５℃，晶体无色。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：程艳，徐晓东，徐军，姚罡，杨新波，吴锋，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[]
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