[发明专利]一种镱激活硼酸钆钙新型超快激光晶体

说明书

技术领域

本发明涉及激光晶体材料领域。

背景技术

激光科技的最新前沿之一是超快激光。超快即极短的时间尺度，目前激光脉冲最短不过几个飞秒（10^－15秒），光在1飞秒内仅仅传播0.3微米。超快激光在激光远距离测距、飞秒化学与物理学、医疗卫生等领域具有重要应用。

Yb激活的激光晶体吸收带处于0.9～1.1um范围，线宽较宽，能与LD泵浦源有效耦合，在～1μm处产生宽带荧光发射，发射截面大，有利于产生超快激光。与Nd³⁺激活的激光晶体相比，它还具有以下许多优点：（1）能级结构最简单，仅有基态²F_7/2和激发态²F_5/2，不存在激发态吸收和上转换，光转换效率高；（2）泵浦与激光波长非常接近，量子缺陷低，具有大的本征激光效率，理论上量子效率高达90％；（3）泵浦与激光上能级非常靠近，无辐射驰豫引起的热负荷低，仅为掺Nd³⁺材料的三分之一；（4）荧光寿命长，为掺Nd³⁺材料的三倍多，有利于储能；（5）可掺杂较高浓度。因此Yb激活的激光晶体是～1μm波段理想的可调谐短脉冲飞秒激光介质。事实上也得到了证明，例如2009年F.Hoos等采用LD泵浦Yb:KGW晶体，实现了5W的飞秒激光输出，激光脉冲宽度为161fs。2002年F.Brunner 采用LD泵浦Yb:KYW晶体实现了22w的飞秒激光输出，激光脉冲宽度为240fs。T.Sudmeyer等也在2009年采用LD泵浦Yb:YAG晶体实现了100w的飞秒激光输出，激光脉冲宽度为700fs。

Ca₃Gd ₂(BO₃)₄是一种新型的、潜在的优秀激光基质晶体材料，其结构是属于正交晶系，空间群为Pnma ，晶胞参数为：a=7.163 (2),b= (2),b=15.457(2)?,c=8.5611  V=947.8(1)?³, M_r=587.51, Z=2, D_c=3.468g/cm³。是同成份熔化的，因此可以采用提拉法生长出高质量、大尺寸的单晶。图1是Ca₃Gd ₂(BO₃)₄:Yb³⁺晶体的紫外－近红外的吸收光谱示意图，从图上可以看到：从850 nm 到1000nm存在着一个宽带吸收峰，峰值波长为980nm，其FWHM是12nm，它与半导体激光泵浦源的发射波长相匹配，有利于进行半导体激光泵浦的激光实验研究。表1中列出了几种Yb³⁺ 离子掺杂晶体的吸收光谱特性。与其他晶体相比，Ca₃Y₂(BO₃)₄:Yb³⁺晶体具有较大的峰值吸收截面。图2 是Ca₃Gd ₂(BO₃)₄:Yb³⁺晶体的荧光光谱示意图，其激发波长为980 nm，从图上可以看到： 从 930 nm 到 1100.7 nm 存在着一个宽带荧光发射峰，峰值波长为1020nm，其半高宽FWHM为72.6 nm。其相应的发射截面较大（达到10^－20cm²）。因此，Yb^3＋：Ca₃Gd ₂(BO₃)₄是一种新型的优秀超短飞秒激光晶体材料。

发明内容

本发明的目的在于公开一种新型飞秒超快激光晶体材料Yb³⁺:Ca₃Gd₂(BO₃)₄。

本发明采用的技术方案如下：