高效中红外Pr,Er:YSGG激光晶体及其制备方法技术

本发明专利技术属于一种高效的抗辐射中红外激光晶体，在Er3+:Y3Sc2Ga3O12(Er:YSGG)，其中Er3+的掺杂浓度高于30at％，晶体中掺入Pr3+，表达式可写为Pr3+，Er3+:Y3Sc2Ga3O12，其下能级的荧光寿命可得到一定的减小，从而有效提高了晶体的激光效率。

【技术实现步骤摘要】
,Er:YSGG激光晶体及其制备方法
本专利技术属于功能晶体材料领域，具体的说是一种高效的ft·3+与Er3+共掺的钇钪镓 石榴石激光晶体(Pr，Er:YSGG)及其制备方法。
技术介绍
铒离子的4111/2 — 4I1372跃迁，在不同的基质中可产生2. 7-3 μ m波段的激光，这个 波段与水的强吸收峰位置重叠，因而水对它的吸收率特别高，是精细外科手术理想的工作 波段，这一性质使铒激光在生物和医学领域已得了非常广泛的应用。另外，用2.7-3μπι的 激光泵浦红外非线性晶体实现光参量振荡，能够获得3 19 μ m的高功率红外光源，可用于 光电对抗(干扰)、红外照明、激光雷达、自由空间通信、化学和生物战剂的探测、环境污染 监测以及反恐等领域。基质晶体YSGG具有一般石榴石(如YAG)的化学性能稳定、硬度高、光学各向同 性的优点，可采用熔体提拉法生长出大尺寸、低光学损伤、高光学质量的晶体，同时，YSGG具 有比YAG更低的声子能量，这就减少了多声子无辐射跃迁几率，从而可提高激光效率。在 Er:YSGG晶体中，2. 79 μ m的激光上能级4Iiv2的寿命为1. :3ms，该晶体是很好的储能材料，适 合于调Q输出巨脉冲激光。但是由于激光下能级％3/2的寿命可达到3. %is，是寿命更长的 亚稳态。受激发射过程中，跃迁下来的粒子积累在％3/2能级上，不利于激光发射过程中保持 足够的粒子数反转。为了有效减小下能级4113/2的寿命，在晶体中掺入能级与4113/2接近的离 子，通过离子间的共振能量转移，也可加快抽空激光下能级粒子的速度。1988年，Huber等 入(Huber,et al,laser pumping of Ho,Tm,Er garnet laser atroom temperature,IEEE J of Quantum Electronics, 1988,24 920)比较了连续二极管激光器泵浦 Cr，Er:YSGG 和 Cr,Er,Ho:YSGG晶体的输出特性，后者斜效率提高。这是由于Ho的5I7能级与4113/2能级接 近，加速了激光下能级粒子抽空速率，振荡过程中激光介质保持了较高的增益。本专利技术提出 的Pr，Er:YSGG，其中ft·3+的％能级与Er3+离子的激光下能级4113/2接近，能加速激光下能 级粒子抽空速率，减小寿命，在振荡过程中激光介质可以保持较高的增益，提高斜效率。在上世纪七八十年代，由于当时^2O3原料非常昂贵，从而限制了含钪石榴石晶体 的研究和发展。近年来，随着应用需求和提取技术的迅速发展，^2O3的价格有了较大幅度 的降低。所以，近些年来，国外含钪石榴石晶体的研究又重新兴起，尽管如此，据检索，目前 国内外都还没有关于Pr，EriYSGG激光晶体的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于公开一种能够在2. 7-2. 8 μ m实现高效激光输出的ft·，Er:YSGG 激光晶体及其制备方法。本专利技术采用如下技术方案高效中红外激光晶体Pr，Er:YSGG,所述晶体的化学式为Pr3+，Er3+:Y3Sc2Ga3012,分 子式 I^r3xEr3yY3(1_x_y0c2G￡i5O12，其中 0 < x，y < 1，(可简写成 Pr，Er:YSGG)。Pr3 的 ％ 能级与Er3+离子的激光下能级4Iiv2接近，可加速激光下能级粒子抽空速率，减小寿命，在振荡过 程中激光介质可以保持较高的增益，提高斜效率。所述晶体是以声子能量较低的晶体YSGG为基质的激光晶体。其中Pr3+和Er3+都是取代晶体中十二面体中心位置的Y3+，Pr3+的取代浓度为 0. 5-5at%, Er3+ 的取代浓度为 30_50at%。所述的高效中红外激光晶体Pr，Er:YSGG制备方法(1)、采用固相法或液相法制备所述晶体的多晶原料，所述固相法是按照下列化学反应式 3xPr203+3yEr203+3 (Ι-χ-y) Y203+2Sc203+3Ga203 = 2Pr3xEr3yY(3_3x_3y)Sc2Ga3O12,其中 χ =0. 5-5at%, y = 30_50at%，通过固相反应法制得所述晶体的多晶原料；所述液相法指共沉淀法或溶胶-凝胶法；(2)、使用(1)制备的多晶原料，采用熔体法制备Pr，Er:YSGG单晶。所述晶体除可用常规的闪光灯泵浦外，还可使用中心波长在790nm或965nm附近 的半导体激光作为泵浦源。通常采用熔体法生长Pr，Er:YSGG石榴石单晶，这种方法可以生 长出尺寸较大的具有实用价值的单晶；也可以采用水热法等方法制备。本专利技术的有益效果本专利技术提供一种高效中红外激光晶体Pr，Er:YSGG，晶体结构属于立方晶系，可以 采用熔体提拉法生长出高光学均勻性的晶体。用Pr，Er:YSGG晶体产生的2. 7-2. 8 μ m波段 激光在医疗、科学研究及军事等领域有着重要的应用。附图说明图1是采用半导体激光器作为泵浦源实现Pr，Er:YSGG激光输出的一种实验装置 图。具体实施例方式实施例1 生长高掺Er3+离子浓度的Pr，EriYSGG晶体高掺Er3+离子浓度的Pr，Er:YSGG晶体是指Er3+离子的掺杂浓度在30_50站％之 间，Pr3+的浓度在0. 5-5at%之间。例如Er3+浓度为35at%，Pr3+的浓度为2at%0以固相 法或液相法制备的多晶原料，采用熔体提拉法即可生长出高掺Er3+的Pr，EriYSGG单晶体。固相法是按照下列化学反应式3xPr203+3yEr203+3 (Ι-χ-y) Y203+2Sc203+3Ga203 = 2Pr3xEr3yY(3_3x_3y)Sc2Ga3O12,其中 χ =0. 5-5at%, y = 30_50at%，通过固相反应法制得所述晶体的多晶原料；实施例2 实现Pr，Er YSGG晶体2. 7-2. 8 μ m波段激光输出的一种实验装置采用965nm半导体激光器泵浦Pr，Er:YSGG(Pr3+的掺杂浓度为2at%，Er3+的掺 杂浓度为35at%)的晶体元件。实验装置如附图1。图中1是965nm半导体激光器；2是 聚焦透镜；3是对2. 7-2. 8 μ m波段全反射，对965nm全透射的介质镜；4是Pr，Er YSGG晶 体元件；5是对2. 7-2. 8 μ m波段部分透射，对965nm全反射的介质镜；6激光能量计。由于 2. 7-2. 8μπι附近波长处于水的强吸收带，因此在此激光实验装置中，还需要排除谐振腔内 的水气或缩短谐振腔以减少水气对激光振荡的不良影响。权利要求1.一种高效中红外激光晶体ft·3+，Er3+ = Y3Sc2Ga3O12，其特征在于晶体的化学式为ft·3+， Er3+ = Y3Sc2Ga3O12,分子式 ft~3xEi~3yY3(1_x_y)SC2Ga5012，其中 0 < x，y < 1。2.根据权利要求1所述的高效中红外激光晶体Ι^3+，Ει·3+:Υ3&2(^3012，其特征在于所述 的ft·3+的3F4能级分别与Er3+离子的激光下能级4Iiv2接近，可加速激光下能级粒子抽空速 率，减小寿命，在振荡过程中激光介质可以保持较高的增益，提高斜效率。3.根据权利要求1所述的高效中红本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种高效中红外激光晶体Ｐｒ３＋，Ｅｒ３＋：Ｙ３Ｓｃ２Ｇａ３Ｏ１２，其特征在于：晶体的化学式为Ｐｒ３＋，Ｅｒ３＋：Ｙ３Ｓｃ２Ｇａ３Ｏ１２，分子式Ｐｒ３ｘＥｒ３ｙＹ３（１－ｘ－ｙ）Ｓｃ２Ｇａ５Ｏ１２，其中０＜ｘ，ｙ＜１。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙敦陆，殷绍唐，张庆礼，罗建乔，刘文鹏，谷长江，秦清海，李为民，韩松，
申请(专利权)人：中国科学院安徽光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：34