[发明专利]高效抗辐射Yb3+敏化Er3+的含钪石榴石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抗辐射含钪石榴石类激光晶体。

技术背景

在空间科学研究中，激光器可能会受到γ射线和高能粒子的照射，从而要求激光器能够抗射线辐射和抵御高能粒子的冲击，因此高效抗辐射激光材料对于空间激光技术的发展具有重要的意义。

含钪石榴石晶体A₃Sc₂B₃O₁₂[A＝Gd，Y，Lu；B＝Ga，Al]是性能优良的激光工作基质，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质量的单晶。Danileiko等人(Yu.K.Danileko et al.Sov.J.Quantum Electron.，1985，15：286)报道了Nd，Cr:GSGG(Gd₃Sc₂Ga₃O₁₂)即使在γ射线剂量超过100Mrad时仍未达到它的损伤阈值，而Nd:YAG(Y₃Al₅O₁₂)激光器在受到1Mrad的γ射线辐照后，其激光输出下降了一个数量级。因为在含钪石榴石晶体中，位于八面体氧配位中心的Sc原子与GGG、YAG晶体中相同位置的Ga和Al原子相比，具有较高的共价特点和键的有序性，抵抗形成色心的能力增强，因此具有强的辐抗射能力。这说明含钪石榴石类晶体是一种强的抗辐射材料，比YAG更适合在空间环境中使用，

Er³⁺离子的1.5μm和2.7-3μm波段激光在医疗、光通讯、科学研究及军事等领域有着重要的应用。但在单掺Er³⁺的激光材料中，由于Er³⁺在InGaAs激光二极管发射波长(0.9-1.1μm)的吸收较弱，影响了抽运效率。为了提高泵浦效率，对Er³⁺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Er³⁺(⁴I_11/2)的吸收带有较大的重叠，使得Yb³⁺能对Er³⁺进行有效的敏化，将吸收的能量转移给Er³⁺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。近年来，InGaAs940nm高功率激光二极管阵列的制造技术已经成熟并商品化，由于Yb³⁺离子在940nm附近处不仅有大的吸收截面而且吸收带也较宽，不需严格控制激光二极管的温度，因而可大大降低激光器的复杂程度，有利于设备小型化，这对于在空间科学中的应用是非常重要的。由于基质A₃Sc₂B₃O₁₂本身具有抗辐射功能，所以Yb，Er:A₃Sc₂B₃O₁₂晶体是一种高效抗辐射的激光材料，除可满足一般应用的需要，也尤其适合空间环境应用的需要。

在上世纪七八十年代，由于当时Sc₂O₃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，Sc₂O₃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。据检索，目前国内外都还没有关于Yb，Er:A₃Sc₂B₃O₁₂类含钪石榴石晶体的报道。

发明内容

本发明的目的在于公开一种能够在1.5μm和2.7-3μm实现高效激光输出的高效抗辐射Yb³⁺敏化Er³⁺的含钪石榴石激光晶体及其制备方法

本发明的技术方案：