铥钬共掺钼酸钆锂激光晶体及其制备方法和用途技术

一种可作为1.95—2.1μm波段固体激光增益介质的铥钬共掺钼酸钆锂激光晶体，涉及激光晶体和器件领域。该类晶体的分子式为：LiTmxHoyGd1-x-y(MoO4)2，其中x=0.03—0.15，y=0.003—0.015。该类晶体可采用提拉法生长，在空气中不潮解，具有良好的热、机械和化学稳定性，并且具有良好的自受激拉曼散射特性。以该类晶体为激光增益介质能够实现1.95—2.1μm波段连续、可调谐、以及短脉冲激光输出；利用其自身的受激拉曼散射特性还可将所得基频激光转换成波长范围更宽的自受激拉曼散射激光输出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光晶体和器件领域。
技术介绍
以钦(Ho3+)为激活离子，由5I7 — 5I8跃迁产生的2. O μ m波段激光处于H2O和CO2等分子的强烈吸收区；该波段激光对人眼安全，在医疗、通讯和国防等领域具有广泛的应用前景。采用铥(Tm3+)离子敏化，借助于铥离子的交叉弛豫3H4+3H6 —3F4+3F4以及铥向钦的能量传递3F4 (Tm3+) +5I8 (Ho3+) — 3H6 (Tm3+) +5I7 (Ho3+)，可以方便地利用发射波长在800 nm附近的商品化半导体激光进行泵浦。在此基础上制成的全固态激光器具有使用寿命长、光束质量好、转换效率高等特点。钥酸盐晶体中Tm3+离子3H6 — 3H4跃迁吸收截面大，Tm3+与Ho3+离子能级匹配好， 能量传递效率高；Ho3+离子在2. O μ m波段荧光发射谱覆盖范围达200 nm,以钥酸盐晶体作为增益介质可制成性能优异的可调谐和短脉冲激光器。此外，钥酸盐晶体具有良好的拉曼效应，Tm3VHo3+共掺钥酸盐晶体还可实现自受激拉曼散射激光输出，拓展输出激光的波长。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供Tm3+/Ho3+离子共掺的钥酸钆锂(Tm3+/Ho3+: LiGd (MoO4)2)晶体及其制备方法，通过控制晶体中Tm3+与Ho3+离子的掺杂浓度配比，实现低阈值和高效的1.95—2. I μ m波段以及自拉曼频移的激光输出。本专利技术包括如下技术方案 I.一种Tm3+/H03+离子共掺的钥酸钆锂激光晶体，该类晶体的分子式为LiTmxH0yGd1Ty (MoO4)2，其中 χ=0· 03—0. 15,y=0. 003—0. 015 ;该类晶体属于四方晶系，空间群为J4，钥酸礼锂晶体的单胞参数为<3=6=5. 181 A, C=Il. 285 A。2. 一种项I所述的Tm3+Ato3+共掺钥酸钆锂激光晶体的制备方法，该晶体采用提拉法生长，晶体生长的温度约为1025 °C，提拉速度为1—2毫米/小时，晶体转速为15—35转/分钟。3. 一种输出波长介于I. 95—2. I μ m的固体激光器，该激光器由泵浦系统、激光腔和以项I所述的晶体作为激光增益介质组成，采用发射光能被该晶体有效吸收的泵浦源。4.如项3所述的激光器，直接在激光晶体的两端面镀介质膜，构成一台没有独立的入射腔镜和出射腔镜的激光器。5. 一种输出I. 95-2. I μ m波段激光的可调谐激光器，在项3所述固体激光器的激光腔中插入调谐元件，获得I. 95—2. I μ m波段的可调谐激光输出。6. 一种输出波长介于I. 95—2. I μ m的脉冲激光器，在项3所述固体激光器的激光腔中插入调Q或锁模元件，获得I. 95-2. I μ m波段的脉冲激光运转。7. 一种输出波长长于2. I μ m的自受激拉曼散射激光器，在项6所述脉冲激光器基础上，采用对I. 95 — 2. I μ m波段光高反，对2. 4 — 2. 6 μ m波段光透过率为3 — 20%的输出镜，经LiTmxH0yGd1Iy(M0O4)2晶体的受激拉曼散射效应输出自受激拉曼散射激光。8.如项5所述的可调谐激光器，将输入腔镜介质膜直接镀在激光晶体的泵浦端面，构成没有独立入射腔镜的激光器；或将输出腔镜介质膜镀在调谐元件的输出端面，构成没有独立出射腔镜的激光器；或共同构成没有独立入射和出射腔镜的激光器。9.如项6所述的脉冲激光器，将输入腔镜介质膜和输出腔镜介质膜直接镀在激光晶体的泵浦端面和调Q或锁模元件的激光输出端面，构成没有独立入射腔镜和出射腔镜的激光器；或将激光晶体和调Q或锁模元件粘贴在一起。实施本专利技术技术方案具有的有益效果是=LiTmxH0yGd1Ty (MoO4)2激光晶体在空气中不潮解，具有良好的热、机械和化学稳定性；对泵浦光吸收强；以LiIKHOyGdm(MoO4)2晶体为激光增益介质可以实现低阈值和高效I. 95 — 2. I ym波段激光输出；以LiTmxH0yGd1Ty (MoO4)2晶体作为激光增益介质还可实现I. 95—2. I μ m波段可调谐和超短 脉冲激光输出^iTmxH0yGd1Iy(M0O4)2晶体作为自拉曼散射激光增益介质，能够制成输出波长长于基频光波段的结构紧凑的自受激拉曼散射激光器。具体实施例方式实例I :单晶 LiTm0.046Ho0.006Gd0.948 (MoO4)2 的制备称取 11. 88 g 的 Li2C03(AR)、53. 33 g 的 Gd2O3 (99. 9%)、91· 15 g 的 MoO3 (99. 5%)、3· 65g的Tm2O3 (99. 95%)和O. 36 g的Ho2O3 (99. 95%)，将这些原料充分混合研磨后压片，然后置于马弗炉中700 °C烧结30小时。将烧结过的原料再次研磨压片，在850 1重复烧结30小时，获得单相粉末。将此粉末置于一 0 5 0 _X03O的钼金坩埚内，置入单晶提拉炉中进行晶体生长。生长过程与参数为先将粉末升温至约1100 °C，待完全熔化后降温至1050 V并恒温2小时使熔体密度分布均匀，然后缓慢降温至高出熔点5 °C左右，引入(001)方向籽晶开始生长。经过引种、放肩、等径、提拉等步骤，最后退火完成生长全过程。整个过程提拉速度I一2毫米/小时，籽晶杆转速15 — 35转/分钟。得到的单晶具有良好的光学质量，尺寸大于020 mmX03O mm。切取实验所需样品，测得Tm3+和Ho3+实际浓度分别为4. 6 at. %和 O. 6 at. %。实例2 :795 nm半导体激光端面泵浦LiTmatl46Hoam6Gda 948 (MoO4)2晶体c切片实现2.05 μ m激光输出 将LiTmaci46Hoam6Gda 948 (MoO4)2单晶沿垂直c方向加工成I. 10 mm厚的晶体(端面积一般在平方毫米到平方厘米)，端面抛光后置于激光腔中，输入腔镜介质膜在795 nm波长处高透、I. 9 - 2. I μπι波长处高反(R>99%)，输出腔镜介质膜在795 nm波长处高反(R>98%)、1.9-2. I μ m波长处透过率为3.9%。利用795 nm半导体激光端面泵浦，此激光器可实现阈值为O. 54 W，斜率效率和输出功率分别达20%和I. 23 W的2. 05 μ m激光。将其中一面或两面介质膜镀在晶体通光面上亦可构成激光器件，并实现同样的目的。实例3 :795 nm 半导体激光端面泵浦 LiTmaci46Hoacitl6Gda 948 (MoO4)2 晶体实现 I. 95—2.08 μ m波段可调谐激光输出 将LiTmaci46Hoatltl6Gda 948 (MoO4) 2单晶(端面积一般在平方毫米到平方厘米)切割并端面抛光后置于激光腔中，晶体通光厚度为I. 10 _，输入腔镜介质膜在795 nm波长处高透、I. 9-2.I μ m波长处高反(R>99%)，输出腔镜介质膜在795 nm波长处高反(R>98%)、1. 9 - 2. Iμ m波长处透过率为2. 4%。在增益介质和输出腔镜之间插入调谐滤镜。利用795 nm半导体激光端面泵浦，通过旋转滤镜实现I. 95— 2. 08 μ m本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Tm3+/Ho3+离子共掺的钼酸钆锂激光晶体，其特征在于：该晶体的分子式为LiTmxHoyGd1?x?y(MoO4)2，其中x=0.03—0.15，y=0.003—0.015；该晶体属于四方晶系，空间群为????????????????????????????????????????????????，钼酸钆锂晶体的单胞参数为a=b=5.181??，c=11.285??。337185dest_path_image001.jpg

【技术特征摘要】
1.一种Tm3+/H03+离子共掺的钥酸钆锂激光晶体，其特征在于该晶体的分子式为LiTmxHoyGd1Ty (MoO4)2，其中 χ=0· 03—0. 15,y=0. 003—0. 015 ;该晶体属于四方晶系，空间群为/4，钥酸礼锂晶体的单胞参数为<3=6=5. 181 A, C=Il. 285 A。2.—种权利I所述的Tm3+Ato3+共掺钥酸钆锂激光晶体的制备方法，该晶体采用提拉法生长，其特征在于晶体生长的温度约为1025 °C，提拉速度为I一2毫米/小时，晶体转速为15 — 35转/分钟。3.一种输出波长介于I. 95一2. I μ m的固体激光器,其特征在于该激光器由泵浦系统、激光腔和以权利I所述的晶体作为激光增益介质组成，采用发射光能被该晶体有效吸收的泵浦源。4.如权利3所述的固体激光器，其特征在于直接在激光晶体的两端面镀介质膜，构成一台没有独立的入射腔镜和出射腔镜的激光器。5.一种输出I. 95一2. I μ m波段激光的可调谐激光器,其特征在于在权利3所述固体激光器的激光腔中插入调谐元件，获得I. 95-2. I...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐剑锋，黄艺东，陈雨金，林炎富，龚兴红，黄建华，罗遵度，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：