[发明专利]激活离子掺杂的ABAlO4

说明书

本发明涉及激活离子掺杂的ABAlO₄单晶光纤及其制备方法与应用，该光纤的化学组成为掺杂激活离子的CaGdAlO₄，所述的激活离子为Yb³⁺、或者Er³⁺和Yb³⁺双掺。本发明采用激光加热基座法生长的CGA单晶光纤，属于四方晶系，熔点1840℃，透过光谱宽，在可见光波段无自吸收；最大声子能量为618cm^‑1，低于部分氧化物晶体。结合CGA晶体优异的热学性能和单晶光纤独特的大长径比，ABAlO₄类晶体在超快激光输出和中红外波段具有卓越的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种新型单晶光纤及其制备方法与应用，属于晶体与器件技术领域。

背景技术

超快激光具有超短脉冲、超强特性，能以较低的脉冲能量获得极高的峰值光强。因此，超快激光晶体材料成为晶体领域的研究热点。掺杂Yb³⁺的超快激光基质是未来激光领域发展的主要方向之一，相比于掺钛蓝宝石激光器，Yb³⁺离子可以直接利用商业化的LD光源泵浦，能级结构简单，量子亏损小，最重要的是与其他激活离子相比其吸收发射谱更宽。因此，越来越多的研究集中在Yb³⁺掺杂的超快激光晶体。其有望于成为获得更短的脉宽、更高的能量以及更宽光谱范围的超快激光基质，满足如超快X射线光谱、软X射线非线性光学、纳米尺度成像以及等离子成像与诊断等许多新的研究领域。

关于掺杂Yb³⁺的超快激光晶体，也有诸多报道，例如：中国专利文件CN 102086531A(申请号：200910200061.1)公开了一种宽调谐超快激光晶体材料。该激光晶体材料的组成为Yb³⁺掺杂的硅酸铋激光晶体(Yb:Bi₁₂SiO₂₀)，可采用提拉法、坩埚下降法等各种晶体生长方法获得。但是由于BSO晶体生长极其困难，难以生长大尺寸高质量晶体，并且输出光功率较低，制约该晶体的应用。

3.0μm附近的中红外波段激光处于水的强吸收区，使得该波段在眼科、牙科以及外科手术中十分重要。该波段激光对烟尘等具有较强的穿透力,因此高功率中红外激光在军事对抗中有很多潜在的应用。此外,该波段激光在大气污染监控、海洋探测、基础科学研究等方面具有极其重要的价值。因此，开发中红外波段晶体，具有重要意义。

ABCO₄(A＝Ca,Sr,Ba；B＝Y和镧系元素；C＝Al,Gd)系列晶体属于四方晶系,具有K₂NiF₄结构,为I4/mmm空间群。该体系晶体具有相对较高熔点(1800℃左右)，良好物理化学性能，较高激光损伤阈值。除此之外，该体系晶体最大的特点是具有无序结构,可以增大吸收和发射光谱的非均匀展宽，有利于实现可调谐或超快激光。但是目前对于该晶体的研究主要集中在传统的体块晶体。为了进一步提升该晶体的超快特性，特殊波段输出，急需开发一种结合 ABCO₄晶体优异的热学性能和单晶光纤独特的大长径比的材料与制备技术。

镓酸盐具有挥发性，生长难度相对较大，制备单晶光纤也十分困难。铝酸盐体系ABAlO₄相比镓酸盐生长更加容易，我们首次进行了该体系中(CaGdAlO₄)单晶光纤的生长与优化，晶体直径均匀，表面较为光滑，通透，掺杂离子均匀分布，晶体质量较高。采用劳埃衍射仪表征了其单晶性良好，测得吸收和发射光谱，半峰宽为151.88nm，远大于同类晶体。并且，对于掺杂离子的种类和浓度的探索，也是本领域技术人员研究的重要内容。提出以CGA基质为代表的ABAlO₄类(CaLaAlO₄,CaYAlO₄等)材料同时具有高的热导率及宽的发射光谱，将会在超快激光以及中红外波段光纤激光器领域具有重大的应用价值。为此，提出本发明。

发明内容