[发明专利]一种复合晶体、其制备方法及作为固体激光材料的应用

说明书

技术领域

本申请涉及一种复合晶体、其制备方法及作为固体激光材料的应用，属于激光晶体器件领域。

背景技术

随着激光器件的发展，研制与泵浦相适应的具有新的激光波长、更高的激光效率、更适合于调模、锁模和倍频输出等功能的低成本新型激光工作物质，以实现工业化生产。这项工作的研发和开展在基础研究和实际应用上都具有重要意义。一种优良的激光工作物质应该具有以下几个特点：(1)良好的物理化学性能：要求热膨胀系数小，弹性模量大，导热率高，化学价态和结构组分稳定，还要具有良好的光照稳定性。还要求能够容易制得大尺寸、光学均匀性良好的单晶，以易于加工。(2)优良的荧光和激光性能：为了获得较小的阈值和尽可能大的激光输出能量，一般要求材料在光源辐射区交界有较强的有效吸收，而在激光发射波段上应无光吸收。具有强荧光辐射，高量子效率，适当的荧光寿命和受激发射截面等性能。(3)优良的光学均匀性：晶体内的光学不均匀性不仅会使光通过介质时的波面变形，产生光差，而且还会使振荡阈值升高、激光效率下降，光束发散度增加。晶体的静态光学均匀性好，即要求内部很少有杂质颗粒、包裹物、气泡、生长条纹和应力等缺陷，折射率不均匀性尽量的小。晶体的动态光学均匀性好，就要求该材料在激光的作用下，不因热和电磁场强度的影响而破坏晶体静态光学均匀性。激光晶体还必须具有良好的热稳定性。激光器在工作时，由于激活离子的无辐射跃迁和介质吸收光泵的一部分能量而转化为热能，同时由于吸热和冷却条件不同，在激光棒的径向就会出现温度梯度，从而导致晶体光学均匀性降低。

随着LD波段范围的扩展和输出功率的提高，使固体激光材料的研究和探索出现了新的高潮。人们目前正在寻找更多的适合LD泵浦的新型固体激光材料，有些材料在固体激光发展初期已进行过研究，如磷灰石结构晶体，但在灯泵时期由于存在某些缺陷，如难以获得大尺寸、导热性差等，不能与YAG、红宝石等竞争而被放弃。LD泵浦的激光晶体尺寸可以只是灯泵所用的1/20或更小，由于光谱匹配好，泵浦效率高，热效应也大大减小，因而使得激光晶体获得新生。Nd:YAG是最成熟的固体激光材料，目前对其它各种材料的评价一般都与Nd:YAG进行比较。Nd:YAG属立方结构，其绝大多数光学性质为各向同性；荧光线窄，增益高，阈值低；机械强度高，导热性好，具有良好的光学质量。主要缺点是Nd离子浓度掺杂过高时会发生浓度淬灭。

YVO₄晶体作为一种优良的激光晶体从60年代以来就吸引了人们的注意，它具有锆石结构，空间群为D 194h-I4/amd。在400～5000nm范围内都有很高的光学透光度，它有着优异的机械性能、优良的化学稳定性和高的激光损伤阈值((3.3±0.4)GW/cm²)，是一种优良的激光基质材料。由于纯YVO₄晶体具有好的热稳定性和机械特性，高的双折率，透明波段范围大，并可生长出光学均匀性好的大块晶体。因此，纯YV0₄晶体被认为是一种从可见光到近红外区的理想的光学偏振元件材料。而YV0₄除了以上提及的优点外，还具有不易吸水，容易加工镀膜的性能特点，因此它有巨大的潜在竞争能力。国内自1997年起已经大批量地提供纯YV0₄晶体，用于1.3μm光纤通讯中的光隔离器中作偏振楔形物以及红外偏振器，光分裂器等器件中。