本发明专利技术涉及一种共掺铬和镨敏化离子的铒离子激活的钆镓石榴石新型激光晶体。该晶体材料的化学式为Ｃｒ：Ｅｒ：Ｐｒ：Ｇｄ↓［３］Ｇａ↓［５］Ｏ↓［１２］。采用４Ｎ的Ｇｄ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｇａ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｅｒ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｃｒ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｐｒ↓［２］Ｏ↓［３］作为原料，通过高温固相反应获得Ｃｒ：Ｅｒ：Ｐｒ：Ｇｄ↓［３］Ｇａ↓［５］Ｏ↓［１２］原料，在氮气气氛条件下采用提拉法生长晶体。该材料用于实现２６００ｎｍ～３０００ｎｍ波段可调谐激光输出。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光晶体材料领域。
技术介绍
2.6 3.0um波段的激光在大气遥感、红外激光雷达、激光医疗和国防安全 等领域具有广阔应用前景，特别是3.0um 5.0pm波段的中红外激光，是目前 最缺乏和最急需的光源波段之一，它在国防和民用上都有着广泛的应用，在国 防安全和环保上，由于该波段或是位于大气的传输窗口，是光电对抗和反导中 必须依靠和应用的干扰源；因为是处于"分子指纹"区的缘故，还可以用来远 距离探测化学物质，在反化学战和环境保护中起到关键性的作用。Er3+离子激活的激光晶体均可产生相应于4111/2—4113/2跃迁的2. 6 3. 0 y m波 段的激光发射。目前，已有报道采用氙灯泵浦Er:Y3Al5012 (YAG)激光晶体可以 在2. 940um波段产生3. 8W(10Hz， 380mJ)的激光输出，在市场上已经商业化。在 1994年德国Bradley. J报道了采用 970nm波段的LD激光泵浦Er3+:YAG、 Er3 + :0( ^5012和Er:Y3Sc2Ga3012 (YSGG)激光晶体，分别在2.937um、 2.821um和 2.797um波段实现了 143mW、 155mW和190mW的激光输出，斜率效率分别为27%、 26%和3196。共掺C +敏化离子不仅可以提高泵浦效率，还可以扩展晶体的可调谐激光波 段。另外，由于E,的4113/2—4115/2跃迁产生1.54um激光，与4111/2—4113/2跃迁产生2. 6 3. 0 u m激光形成强烈的竞争，使得2. 6 3. 0 u m波段的激光阈值很高， 转换效率很低，然而当共掺P,敏化离子时，可以减小Er3+激光下能级4113/2的寿 命，抑制E,离子产生1. 54um激光4113/2—4115/2跃迁的竞争，从而有利于2. 6 3.0um波段激光的输出，大大地提高了量子效率(具体的敏化机理如附图1所 示)。Gd3GasO,2(GGG)属于立方晶系，晶胞参数为a= 12. 38A，》8， Dc=7. 083g/cm3。 钆镓石榴石Gd3Ga^2(GGG)是一种优秀的激光基质材料，作为激光基质材料，它 具有以下许多优点高的热导率(8 Wm—10、低的热光效应、较低的声子能量、 可以采用熔体提拉法生长大尺寸的晶体、具有良好的物化性能，不溶于强酸强 碱，硬度高，激光损伤阈值高、对于稀土掺杂离子，在相应的泵浦波长处具有 较大的吸收截面，并具有较大的发射截面、具有高的热容，因此可以应用于高 功率热容激光器、具有较低的熔点，约为1725。C，(例如比YAG低200V)。 与YAG和YSGG晶体相比较，稀土激活的Gd3Ga^晶体具有以下的一些优点(1) 采用提拉法生长的Nd:Gd3Gas(^晶体，容易实现平界面生长，不会产生由杂质、 应力等引起的核心，整个横截面都可以有效利用，有利于获得大直径晶体元件。 (2)它的热容比YAG和YSGG高，是目前唯一可以应用于高功率热容激光器的 激光基质材料。(3) G4GasCd2的声子能量较低(约为500 600cm—。，这有利于 减少激光晶体的无辐射跃迁几率，从而增加激光发射功率和效率，对于 3um波 段激光具有高的量子效率；(4) GGG晶体的熔点较低(约为1725°C)，比YAG和 YSGG约低200。C，有利于晶体的生长；(5) Gd的半径比Y离子大，容易进行稀土离子的掺杂，有利于生长高质量的晶体；(6)由于YSGG所用的ScA价格较昂 贵，成本较高，因此与YSGG相比较，GGG激光晶体的成本较低，并且热导率也比 YSGG高。Nd:Gd3Ga5(X2作为一种优秀的固体热容激光工作介质，近年来已经引起了国 内外的广泛关注。目前，在国际上，向美国利夫莫尔国家实验室提供晶体的公 司生长的晶体尺寸已经达到4)100 (H50mm" 4)，在2003年，美国实验室采用 LD泵浦的Nd:Gd3Gas(^激光器激光输出的平均功率突破了 IOKW，在2004年则达 到了 30KW，其近期的目标是达到IOOKW。在国内，中科院安徽光学精密机械研 究所等几个单位也投入了大量的人力物力进行研究，目前生长的晶体尺寸已经 达到4)80mm，采用激光二极管阵列泵浦下，实现了重复频率为50Hz，平均功率 高于3500瓦的激光输出。显然地，GGG是一种优良的激光基质晶体。由于E,的4113/2—4115/2跃迁产生 1.54um激光，与4111/2—4113/2跃迁产生2.6 3.0um激光形成强烈的竞争，使得 2.6 3.0um波段的激光阈值很高，转换效率很低，在Gd3Ga^2中E +激光上 能级4111/2的寿命和下能级4113/2的寿命与YSGG的相近，但是Gd3Ga5012中Er^激 光上能级4111/2的寿命(0. 96ms)要比YAG中E一+激光上能级4111/2的寿命(0. 12ms) 长得多，下能级4;U/2的寿命(4.8ms)也比YAG中E +激光下能级4113/2的寿命 (7. 25ms)短，因此，相对于YAG， Gd3Ga5012 (GGG)晶体更适合于作为2. 6 3. 0 u m 波段的激光基质材料。目前研究的重点主要是集中在Nd激活的GGG高功率热容激光晶体，对于其它激活离子掺杂的Gd3Gas(V激光晶体的研究较少，特别是对于Cr3+:E +:Pr3+掺 杂的Gd3Ga^2激光晶体的生长、光谱和激光性能的研究，目前国内外都尚未有研 究报道。我们生长合成的Cr3+:E,:Pr3+掺杂的Gd3Ga50i2晶体，从测量的荧光光 谱图(如附图2所示)可以看到，在2. 6 3. 0 y m波段存在有2. 64 u m、 2. 70 u m、 2.79um、 2.92um等几个强发射峰，观U定的E,离子在1. 54 u m的荧光发射寿 命为0.38ms，而E一+: Gd3GaA2在相应波段的荧光发射寿命为4.8ms，可见掺杂 Pr3+离子的敏化可以大大地抑制Er3+离子产生1.54um激光4113/2—4115/2跃迁的竞 争，有利于2.6 3.0ym波段激光的输出，有望大大地提高量子效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于公开一种能够实现2600nm 3000 nm波段可调谐激光输 出的激光晶体材料Cr: Er: Pr: Gd3Ga5012。本专利技术制备的共掺铬和镨敏化离子的铒离子激活的钆镓石榴石新型激光晶 体，其化学式为Cr:Er:Pr:Gd3Ga必2，属于立方晶系，晶胞参数为a= 12. 38A，步8， Dc=7. 083g/cm3。采用4N的Gd203、 Ga203 、 Er203、 Cr203、 ？1"203作为原料，通过高温固相反应 获得Cr:Er:Pr :Gd3GasOi2原料，在氮气气氛条件下采用提拉法生长晶体。本专利技术制备的激光晶体材料用于实现2600nm 3000 nm波段可调谐激光输出。附图说明图1为激光晶体材料Cr:Er:Pr:Gd3Ga必2的离子敏化机理。图2为激光晶体材料Cr:Er:Pr:Gd3Ga必2的荧光光谱图。 具体实施例方式实施例1: Cr:Er:Pr:Gd3GaA2晶体的生长制备晶体提拉法生长所用的仪器是D几-400的中频提拉炉，中频电源型号为 KGP本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种共掺铬和镨敏化离子的铒离子激活的钆镓石榴石新型激光晶体，其特征在于：该晶体材料的化学式为Ｃｒ：Ｅｒ：Ｐｒ：Ｇｄ↓［３］Ｇａ↓［５］Ｏ↓［１２］，属于立方晶系，晶胞参数为ａ＝１２．３８＊，Ｚ＝８，Ｄｃ＝７．０８３ｇ／ｃｍ↑［３］。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：涂朝阳，王燕，游振宇，李坚富，朱昭捷，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：35[中国|福建]
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