[发明专利]一种宽带可调谐的掺铈镝黄光激光晶体及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种宽带可调谐的掺铈镝黄光激光晶体，化学通式为M_1‑x‑yDy_xCe_yF_2+x+y，M＝Ca，Sr或Ba；所述镝离子作为激活离子，实现565～590纳米的宽带黄光发射。本发明还公开了上述掺铈镝黄光激光晶体的制备方法和应用。本发明掺杂的铈离子，一方面起到了稀释镝离子的作用，增加镝离子间的距离，消除荧光猝灭，另一方面起到了去激活离子的作用，降低镝离子激光下能级⁶H_13/2的寿命，实现粒子数反转，另外，铈离子可以有效调节镝离子的局域配位结构，实现镝离子565～590纳米波段的宽带可调谐黄光激光输出。

技术领域

本发明涉及激光晶体增益介质材料技术领域，特别涉及一种宽带可调谐的掺铈镝黄光激光晶体及其制备方法和应用。

背景技术

黄光激光在显示、军事、计量科学、生物医学、医学仪器、天文观测、玻色凝聚等领域具有独特的优势。如589纳米激光应用于钠标星，利用钠信标激光激发大气电离层中的钠原子层，从而产生高亮度的钠导引星，利用自适应光学技术，提高望远镜的分辨率；578纳米激光应用于镱原子光钟，进而用于时间校准；577纳米激光用于眼科和皮肤病的诊断和治疗等。目前，产生黄光激光的途径有四种。第一，电激励半导体直接产生黄光激光；第二，染料黄光激光；第三，非线性频率变换产生黄光激光；第四，稀土掺杂的晶体材料直接实现黄光激光输出。对于第一种产生方式，CdSe和CdSSe可以实现黄光发射，但大多在非常低效率的脉冲状态下工作，且制备工艺很不成熟。染料黄光激光的能量消耗高、功率低、激光循环冷却系统复杂，且染料的安全性差、化学性质不稳定、具有毒性和致癌性等，制约着该类激光器的发展。非线性频率变换包括拉曼散射黄光激光、双波长和频黄光激光以及近红外倍频黄光激光，是目前获得高功率、高稳定性黄光激光的主要手段。然而，该激光器系统庞大、复杂，成本较高。与之相比，稀土掺杂的晶体材料可以直接实现黄光激光输出，且激光器结构简单、紧凑、价格低廉，具有更加丰富的应用场景。稀土族离子中，三价镝离子可以直接实现黄光波段的发射，是潜在的黄光激光增益介质激活离子。由于镝离子的4f-4f电子跃迁为窄线宽发射，难以实现宽带调谐激光输出。此外，镝离子间强烈的交叉弛豫作用使得⁴F_9/2激光上能级荧光猝灭严重，且激光下能级⁶H_13/2寿命较长，粒子数反转较为困难。上述问题限制了掺镝黄光激光的发展和应用。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种宽带可调谐的掺铈镝黄光激光晶体，能够实现565～590纳米波段的宽带可调谐黄光激光输出。

本发明的另一目的在于提供一种宽带可调谐的掺铈镝黄光激光晶体的制备方法。

本发明的再一目的在于提供一种宽带可调谐的掺铈镝黄光激光晶体的应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种宽带可调谐的掺铈镝黄光激光晶体，化学通式为M_1-x-yDy_xCe_yF_2+x+y，M＝Ca，Sr或Ba；

其中x＝0.2％～2％，为镝离子占基质M离子的摩尔百分数；

y＝2％～20％，为铈离子占基质M离子的摩尔百分数；

所述镝离子作为激活离子，实现565～590纳米的宽带黄光发射；

所述铈离子作为稀释离子，用于消除镝离子间强烈的荧光猝灭效应；所述铈离子还作为去激活离子，用于实现黄光上下能级的粒子数反转；同时，所述铈离子还用于调控镝离子的局域结构，实现宽带可调谐黄光激光输出。

所述的宽带可调谐的掺铈镝黄光激光晶体的制备方法，包括以下步骤：