[发明专利]中红外激光增益介质双掺杂二价铬与钴离子Ⅱ-Ⅵ晶体

说明书

技术领域

本发明涉及全固态激光增益介质技术，尤其涉及一种中红外宽谱可调谐激光增益介质双掺杂二价铬与钴离子Ⅱ-Ⅵ晶体的制备方法，属于全固态激光介质领域。 

背景技术

随着各种光学测试技术的发展，对于用途广泛、价格低廉的中红外激光光源的需求正日益增加。中红外激光器的波长可以覆盖 “分子指纹区”，它有着广泛的用途，包括大气遥感测试、非伤害性医学诊断、激光雷达、石油勘探以及各种诸如目标标定、故障排除和红外线对抗等军事应用。 

可以实现中红外波段激光输出的光源主要有：CO₂气体激光器，其输出波长10～12 μm、铅盐异质节激光器其输出波长3～30 μm、量子级联半导体激光器其输出波长大于或等于3.7 μm，或者通过相对复杂的非线性光学转换技术来实现中红外波段激光输出的光源，如差频振荡激光器（DFG）、光参量振荡激光器（OPO）等。但是以上的中红外激光光源都遇到了限制其作为坚固耐用、低成本中红外激光光源使用的基本问题，如CO₂气体激光器设备复杂且巨大，差频振荡激光器与光参量振荡激光器等都需要使用昂贵的光学器件，且也不稳定；铅盐异质节激光器与量子级联半导体激光器的激光输出功率较低。因此，迄今为止，以上所述激光器光源存在的缺陷使之尚不能在诸如遥感测试等高功率的应用中被使用。 

与上述激光器光源形成对比的是，基于过渡金属离子（TM²⁺）掺杂的Ⅱ-Ⅵ晶体ZnS、ZnSe、CdS以及CdSe等的全固态激光器正逐渐成为宽谱可调谐、高功率、高稳定性中红外激光光源。对过渡金属离子（TM²⁺），如Cr²⁺、Co²⁺、Fe²⁺掺杂的II-VI晶体的详细研究始于上世纪60年代。过渡金属离子进入半导体后在其能隙中会形成深能级，而且还会出现多重价态，因此早期的研究中将这种杂质离子看作荧光“克星”。这也是尽管过渡金属离子掺杂的II-VI晶体引起了人们相当大的兴趣，但其激光效应却是到上世纪90年代才有报道的原因。在20世纪90年代中期，美国Lawrence Livermore国家实验室的De Loach等人（L.D. DeLoach, R.H. Page, G.D. Wilke, S.A. Payne, W.F. Krupke, Transition metal-doped zinc chalcogenides: Spectroscopy and laser demonstration of a new class of gain media, Journal Name: IEEE Journal of Quantum Electronics; Journal  Volume: 32; Journal Issue: 6; Other Information: PBD: Jun 1996, (1996) Medium: X; Size: pp. 885-895.）最先报道了过渡金属离子掺杂的II-VI晶体研究的突破性进展：他们研究了Cr²⁺、Co²⁺、Ni²⁺和Fe²⁺掺杂的各种锌硫族化合物的吸收与发射特性，认为此类化合物很有希望成为中红外激光介质的潜质，并且基于Cr²⁺:ZnSe和Cr²⁺:ZnS在室温下实现了2.4 μm的激光输出。 

常用的II-VI晶体主要有ZnS以及ZnSe。II-VI晶体具有优异的热机械性能，又具有较强的抗热冲击性能和优良的热传导性能，这就为过渡金属离子掺杂II-VI晶体激光器在大功率上的应用提供了必要条件。