[发明专利]掺镱铌酸钙激光晶体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光晶体，特别是一种用于产生1μm波段飞秒激光的掺镱铌酸钙激光晶体及其制备方法，该激光晶体适用于InGaAs激光二极管泵浦。

背景技术

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，限制了更广泛的应用。多年来人们一直在追求可以用激光二极管泵浦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。

掺镱(Yb)离子激光材料具有能级结构简单，本征量子缺陷低(＜0.1)，辐射量子效率高，与掺钕(Nd)的介质相比，具有更宽的发射荧光带宽，适合宽带调谐激光运转和超短脉冲激光的产生。

2006年，法国Y.Zaouter等人报道在Yb:CaGdAlO₄晶体中实现激光二极管(以下简称为LD)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的锁模激光输出。在Yb:CaGdAlO₄晶体中，Yb³⁺、Ca²⁺和Gd³⁺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，当掺入稀土离子时，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。

铌酸钙晶体Ca₂Nb₂O₇属于单斜晶系，空间群为P21，是一种非线性光学晶体。将Yb³⁺掺到Ca₂Nb₂O₇晶体中，该晶体中Yb³⁺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。

发明内容

本发明的目的在于公开一种新型的掺镱铌酸钙激光晶体及其制备方法，掺镱铌酸钙激光晶体的分子式为Yb:Ca₂Nb₂O₇，它是一种能够采用InGaAs二极管泵浦的，实现1μs波段飞秒激光输出的激光材料。

本发明的具体实施方案如下：

一种掺镱铌酸钙激光晶体，其分子式为Yb:Ca₂Nb₂O₇，特征在于其原料配方为：

原料         摩尔比

Yb₂O₃        x

CaCO₃        2(1-x)

和Nb₂O₅，    1

其中x的取值范围为0.005～0.25。

所述的掺镱铌酸钙激光晶体的制备方法，其特征在于采用熔体法生长Yb:Ca₂Nb₂O₇单晶，具体步骤是：选定x值后，按摩尔比称量原料，将原料充分混合均匀后，在液压机上压制成块，然后装入坩埚内，采用熔体法生长Yb:Ca₂Nb₂O₇单晶体。

采用提拉法生长Yb:Ca₂Nb₂O₇晶体，坩埚材料为铱，籽晶采用[001]方向的Ca₂Nb₂O₇单晶棒或Yb:Ca₂Nb₂O₇单晶棒，晶体生长在高纯N₂气氛中进行。