[发明专利]过渡金属掺杂硫化锌或硒化锌平面波导材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光增益材料，特别是一种过渡金属离子掺杂硫化锌或硒化锌平面波导材料及制备方法。

背景技术

中红外(2～5μm)波段正好处于大气的两个传输窗口(1-3μm,3-5μm)，也同时位于“分子指纹区”和“大气窗口区”，并且覆盖了许多重大大气分子的特征谱线，可广泛应用于遥感、测距、制导、通讯、红外光电对抗和干扰、气体探测、光谱分析及激光医疗等，在红外波段光源中占有重要位置。目前实现2～5μm中远红外固体激光的主要方式有：差频(DFG)，光学参量振荡(OPO)和光学参量放大(OPA)几种方式。这些方法决定了中红外激光的器件复杂性和功率低，使得在实际的应用上存在很多问题。所以找到能够直接泵浦而产生中远红外激光的固体激光材料一直是各国科学家研究的热点。

固体激光器的发展就是朝着降低激光介质材料热效应以提高输出功率和输出光束质量的目的发展，固体激光器的激光介质材料有棒状转变为板条状，抽运源由灯转变为激光二极管，并选择激光二极管光谱与激光介质吸收光谱相匹配，使得激光二极管抽运的固体激光器中激光介质材料的热效应大为降低，但是在激光介质材料吸收的泵浦能量中，仍有很大一部分光能转化为热能沉积在介质内部，而散热又要求对其表面进行冷却，这使得激光介质材料内部产生温度梯度和热应力，从而引起介质材料折射率发生变化，导致热效应的存在，尤其是在高功率固体激光器中激光介质材料的热效应极为显著，这一方面导致光束质量的破坏，如热透镜效应、热致双折射退偏、热致波前畸变等，另一方面，热应力过大甚至会使激光介质材料炸裂，制备了泵浦功率密度的提高，进而影响输出激光能量和重复频率的提高。固体激光介质材料的热效应严重制约着固体激光器的发展，因此迫切需要对激光介质中的热效应进行控制，寻找能够良好的降低介质热效应的材料具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种过渡金属离子(Cr²⁺、Co²⁺、Fe²⁺)掺杂硫化锌或硒化锌平面波导材料及其制备方法，该方法制备的过渡金属离子掺杂硫化锌或硒化锌三明治复合平面波导结构激光材料，激光泵浦产生的热能能迅速被周围两面YAG或Al₂O₃板条导走，达到降低泵浦阈值和有效控制激光热效应的目的。制备方法简便，适宜批量生产，能够满足中红外激光技术迅猛发展的市场需求，具有重大突破意义。

本发明的技术解决方案如下：

一种过渡金属离子掺杂硫化锌或硒化锌平面波导材料，特点在于其构成是在过渡金属离子掺杂的硫化锌或硒化锌陶瓷的两面与YAG或Al₂O₃板条复合形成的三明治结构。

所述的过渡金属离子掺杂的硫化锌或硒化锌平面波导激光材料的制备方法，该方法包括下列步骤：

①将中红外透过率达72％以上、过渡金属离子掺杂浓度达10¹⁸/cm²的数量级以上的过渡金属离子掺杂硫化锌或硒化锌陶瓷，切割成厚度为2～5毫米的片状，两面抛光形成过渡金属离子掺杂硫化锌或硒化锌陶瓷片；

②在所述的过渡金属离子掺杂硫化锌或硒化锌陶瓷片的两面同时夹上YAG或Al₂O₃板条，然后放入真空或使用气氛保护(N₂、H₂、O₂)的热压炉中，保持温度在850～950℃，压力在3～4吨/厘米²的条件下热压复合，保温保压时间为30～60分钟，得到过渡金属离子掺杂的硫化锌或硒化锌陶瓷三明治复合平面波导激光材料。

本发明的技术效果：

1.由于过渡金属离子(Cr²⁺、Co²⁺、Fe²⁺)掺杂的硫化锌或硒化锌与YAG或Al₂O₃板条形成的三明治结构平面波导，在泵浦光入射时能降低泵浦阈值，而三明治结构能将材料所产生的热能快速导走，达到有效的散热效果，输出效率能提高30％以上。此过渡金属离子(Cr²⁺、Co²⁺、Fe²⁺)掺杂硫化锌或硒化锌三明治复合平面波导结构激光材料可以满足中红外激光领域，有效解决激光热效应对激光输出质量的影响，并降低泵浦阈值提高斜率效率达到高功率输出，满足日益发展的激光技术及红外光学的需要。