[发明专利]Tb3+

说明书

本发明公开了一种Tb³⁺自激活激光晶体及其制备方法和应用。该晶体的化学通式为M₃Tb₂(BO₃)₄，其中M选自Ca、Sr和Ba元素中的至少一种。该晶体是属于正交晶系的双轴晶，空间群为Pnma。该晶体属于同成分熔融化合物，可采用提拉法进行生长。采用此类晶体作为增益介质，利用发射波长在488nm附近的蓝光半导体激光泵浦，可实现540～550nm和580～595nm波段可见固体激光输出。

技术领域

本发明涉及固体激光材料领域，具体涉及一种Tb³⁺自激活激光晶体及其制备方法和应用。

背景技术

自激活激光晶体，指晶体本身的组成成分中就含有激活离子的晶体，激活离子不是作为掺杂离子掺杂进去的。已有的自激活激光晶体例如硼酸钕铝晶体[NdAl₃(BO₃)₄.NAB]，但由于其为非同成分熔化，要得到高光学质量的晶体极为困难，限制了它的推广使用。

铽离子(Tb³⁺)具有丰富的能级结构，利用其⁵D₄→⁷F₄和⁵D₄→⁷F₃跃迁分别能够实现586nm波段黄光和545nm波段绿光的发射。黄色和绿色激光可以广泛应用在显示、军事、生物医药和海洋通讯等方面。

大部分激光晶体的发光中心由激活离子构成，激活离子部分取代基质晶体中的阳离子形成掺杂型激光晶体；激活离子为基质晶体组分的一部分时，则构成自激活激光晶体。由于Tb³⁺的激光上能级⁵D₄与下能级之间不存在能量交叉弛豫过程，因此其荧光浓度猝灭效应比较弱，可以利用Tb³⁺自激活激光晶体中高的激活离子浓度来提高晶体对泵浦光的吸收效率，从而提高激光运转效率。

Tb³⁺自激活晶体M₃Tb₂(BO₃)₄(M为Ca，Sr和Ba)属于同成分熔融化合物，可采用成本较低、周期较短的提拉法生长出大尺寸单晶。由于该类晶体中M²⁺和Tb³⁺随机分布在三种格位当中，导致该晶体的光谱呈现出明显的非均匀展宽性质。宽的吸收带可以大幅度降低作为泵浦源的半导体激光输出波长随温度和输出功率变化的精度控制要求，提高激光器的工作稳定性，而宽的发射谱带则有利于实现可调谐激光的输出。

发明内容

本发明的目的在于制备一种Tb³⁺自激活激光晶体M₃Tb₂(BO₃)₄，并采用此晶体作为增益介质，获得540～550nm波段绿色和580～595nm波段黄色固体激光输出。

本发明的一方面提供了一种Tb³⁺自激活激光晶体，该Tb³⁺自激活激光晶体的化学通式为M₃Tb₂(BO₃)₄，其中M选自Ca、Sr和Ba中的至少一种；

所述Tb³⁺自激活激光晶体是属于正交晶系，空间群为Pnma。

作为一种具体的实施方式，当M为Ca时，所述Tb³⁺自激活激光晶体的晶胞参数为a＝7.52、b＝14.71、c＝8.07、Z＝4。

当M为Sr时，所述Tb³⁺自激活激光晶体的晶胞参数为a＝7.37、b＝15.99、 c＝8.72、Z＝4。