[发明专利]Nd3+敏化Er3+的镓酸钆锶中红外激光晶体

说明书

技术领域

本发明涉及激光晶体材料领域。

背景技术

2.5～3.0μm激光波段覆盖了水的吸收峰(2.7μm附近)，因此对组织的穿透深度浅，且对人体安全，另外可用光纤传输，因此成为医疗上一种很好的外科手术光源。另外，该波段固体激光器在遥感、环境保护和光通信等方面也有着重要的研究前景，是激光测距仪、相干多普勒测风雷达、水蒸气抛面差分吸收激光雷达系统等的理想光源。同时，它还是获得中远红外波段光学参量振荡器的理想抽运源。因此从20世纪60年代开始，人们围绕如何提高2.5～3.0μm波段激光器的输出功率和效率，从材料到器件的多方位研究。除此之外，2.5～3.0μm波段激光在工农业和国民经济建设上也有着广泛的应用前景，一旦研制成功，把所研究的晶体及其器件推向高新技术产业市场,将产生非常可观的经济效益；还可以用来远距离探测化学物质，在反化学战和环境保护中起到关键性的作用。

Er³⁺离子⁴I_11/2→⁴I_13/2跃迁可产生2.5～3.0μm波段的激光。根据文献调研，已有Er³⁺离子激活的激光晶体上实现了该波段荧光,例如Er:YAG，Er:YAP,Er:YSGG,Er:GGG等，但是由于Er³⁺在红外波段的吸收非常微弱，对LD泵浦光的利用率很低，从而导致2.5～3.0μm波段激光输出的功效比较低。如果在Er³⁺离子激活的激光晶体上共掺入Nd³⁺将大大增加泵浦源对光的吸收效率，从而有利于提高激光的输出功效。根据文献调研，研究人员已在共掺Nd³⁺和Er³⁺的硫卤化物玻璃上实现～2.7μm强的荧光发射，详见“Enhanced mid-infrared emissions of Er³⁺at2.7μm via Nd³⁺sensitization in chalcohalide glass”，Opt.Lett.36(2011)1815。Nd³⁺对Er³⁺的敏化作用主要包括两个方面：Nd³⁺对应于⁴F_5/2,²H_9/2→⁴I_9/2的宽带吸收峰与Er³⁺：⁴I_9/2→⁴I_15/2的吸收峰重合，Nd³⁺作为敏化剂使得该晶体在808nm附近的吸收峰强度增大、半峰宽变宽，可增大晶体对泵浦光的吸收，从而提高泵浦效率；另一方面，Nd³⁺的⁴I_15/2能级与Er³⁺离子的激光下能级⁴I_13/2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増益，提高激光输出的斜率效率。