本技術(shù)涉及一種激光晶體材料及其制備方法、應(yīng)用，屬于無機功能晶體材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、飛秒激光是20世紀80年代初迅速發(fā)展起來的一種超強超快激光技術(shù)，與其它長脈沖激光以及連續(xù)激光不同，它具有超短脈沖、超高電場和超寬頻譜等特性，是一種實驗室可以實現(xiàn)的極端物理條件。超短的脈沖持續(xù)時間只需較小的激光能量(μj)就可以在聚焦點產(chǎn)生極高的瞬間功率，可達百萬億瓦，其聚焦強度比太陽輻射到地球上的全部光聚焦成針尖般大小后的能量密度還要高。飛秒激光脈沖能夠產(chǎn)生等離子體，當其與物質(zhì)產(chǎn)生相互作用時可以產(chǎn)生形形色色的基于光與物質(zhì)非線性相互作用的現(xiàn)象，因此飛秒激光技術(shù)已廣泛應(yīng)用于信息、能源、環(huán)境、醫(yī)療、國防和基礎(chǔ)科學(xué)研究等各個領(lǐng)域。

2、～1微米紅外波段飛秒激光由于其獨特的優(yōu)點而受到人們極大的重視，在全固態(tài)激光器、生物醫(yī)療及工業(yè)加工等多個方面具有重要的應(yīng)用。目前1微米激光的實現(xiàn)方式大多是通過半導(dǎo)體激光二極管(ld)泵浦摻y(tǒng)b3+的增益介質(zhì)，直接獲得1微米激光，裝置簡單、結(jié)構(gòu)緊湊，激光輸出功率和光光轉(zhuǎn)換效率高?；趽借O(yb3+)增益介質(zhì)的鎖模激光器具有最廣泛的應(yīng)用，常用的yb摻雜晶體包括yb:yag、yb:caf2、yb:cagdalo4、yb:cayalo4等，其發(fā)射光譜寬、量子缺陷少，優(yōu)勢明顯，但是由于現(xiàn)有激光晶體難以兼顧高功率和短脈寬的不足，因此發(fā)現(xiàn)新型的、且具有超寬帶發(fā)光和超短脈沖等性能的激光晶體依然是全固態(tài)激光領(lǐng)域的熱門研究方向。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供了一種激光晶體材料ca3yb2algao9，該激光晶體材料是一種全新的飛秒激光晶體材料。并采用熔體提拉法生長出該晶體。該激光晶體材料是一種優(yōu)良的激光基質(zhì)晶體，采用939nm泵浦，在950～1070nm波段產(chǎn)生超寬帶熒光發(fā)射，峰值波長為996nm，該激光晶體材料可用于產(chǎn)生寬波段紅外飛秒激光。

2、根據(jù)本技術(shù)的第一個方面，提供一種激光晶體材料。

3、一種激光晶體材料，所述激光晶體材料的化學(xué)式為ca3yb2algao9。

4、可選地，所述激光晶體材料屬于單斜晶系，p21/c空間群。

5、可選地，所述激光晶體材料的晶胞參數(shù)為α＝γ＝90°，β＝107～109°，密度為6.14～6.16g·cm-3。

6、具體地，所述激光晶體材料的晶胞參數(shù)為β＝108°，密度為6.15g·cm-3。

7、可選地，，所述激光晶體材料為塊狀；

8、所述激光晶體材料至少有一個維度的尺寸為35～66mm。

9、可選地，所述激光晶體材料的直徑為25-35mm，長度為45～66mm。

10、可選地，所述激光晶體材料的吸收光譜中，在900～1025nm波段含有峰值波長為980nm的寬帶吸收峰。

11、可選地，所述激光晶體材料在939nm泵浦下的熒光光譜中，在950～1070nm波段含有一個峰值波長為996nm的寬帶發(fā)射峰。

12、該激光晶體材料的物化性能良好，在空氣中不吸潮、晶體不溶于酸堿。熔點高，機械強度大、激光損傷閾值高，具有較高的熱導(dǎo)率。

13、根據(jù)本技術(shù)的第二個方面，提供一種上述所述的激光晶體材料的制備方法。

14、上述所述的激光晶體材料的制備方法，所述制備方法采用熔體提拉法，包括以下步驟：

15、s1、獲取ca3yb2algao9多晶原料棒；

16、s2、將caco3、yb2o3、ga2o3、al2o3原料按化學(xué)計量比進行稱量，研磨混合后壓成塊狀，燒結(jié)，生成多晶料，升溫熔化，將ca3yb2algao9多晶原料棒作為引種的籽晶，晶體在籽晶上結(jié)出之后進行晶體生長，得到所述激光晶體材料。

17、可選地，通過熱等靜壓法制得ca3yb2algao9多晶原料棒。

18、可選地，所述ca3yb2algao9多晶原料棒的尺寸為φ6mm×50mm。

19、可選地，caco3、yb2o3、ga2o3和al2o3的摩爾比例為caco3﹕yb2o3﹕ga2o3﹕al2o3＝6:2:1:1。

20、可選地，所述晶體生長的條件為：

21、提拉速率為0.5～1.8mm/h，籽晶桿的轉(zhuǎn)速為5～12rpm，生長速率為0.7～1.3mm/h，生長結(jié)束后將晶體提離液面，以15～65℃/h的速率降至室溫。

22、可選地，caco3、yb2o3、ga2o3和al2o3的純度均為99.999％。

23、可選地，將含有caco3、yb2o3、ga2o3、al2o3的原料按化學(xué)計量比稱量，放入自制混料機進行濕法混合，在25mpa下壓成塊狀并置于燒結(jié)爐中進行1350℃高溫?zé)Y(jié)48h，然后在單晶生長爐內(nèi)升溫熔化，以ca3yb2algao9多晶原料棒作為引種的籽晶，晶體在籽晶上結(jié)出之后進行晶體生長。

24、作為一種具體的實施方式，所述激光晶體材料的制備方法至少包括以下步驟：

25、以caco3、yb2o3、ga2o3和al2o3為原料，所述原料中caco3、yb2o3、ga2o3和al2o3的摩爾比例為caco3﹕yb2o3﹕ga2o3﹕al2o3＝6:2:1:1，按各化學(xué)物質(zhì)的摩爾比進行稱重和細致的研磨。將原料caco3、yb2o3、ga2o3和al2o3混合、壓片后，置入晶體生長爐的銥金坩堝中，抽真空并升溫至1860℃進行熔化，然后選擇以熱等靜壓設(shè)備制成的φ6mm×50mm的ca3yb2algao9多晶原料棒作為引種的籽晶進行晶體生長，生長條件為：提拉速率為0.5～1.8mm/h，籽晶桿的轉(zhuǎn)動速率為5～12rpm，生長結(jié)束后將晶體提離液面，以15～65℃/h的速率降至室溫，得到所述尺寸為直徑25-35mm、長度45～66mm的塊體晶體。

26、根據(jù)本技術(shù)的第三個方面，提供一種上述所述的激光晶體材料在紅外飛秒激光中的應(yīng)用。

27、所述激光晶體材料用于939nm泵浦下實現(xiàn)波長位于950～1070nm紅外波段飛秒激光的輸出。

28、根據(jù)本技術(shù)的第四個方面，提供一種全固態(tài)飛秒激光器。

29、一種全固態(tài)飛秒激光器，所述全固態(tài)飛秒激光器包括上述所述的激光晶體材料。

30、可選地，所述全固態(tài)飛秒激光器還包括ld端面泵浦模塊、光束耦合系統(tǒng)、輸入鏡、折疊鏡、啁啾鏡、sesam輸出鏡；

31、所述光束耦合系統(tǒng)位于ld端面泵浦模塊后；

32、所述輸入鏡位于光束耦合系統(tǒng)后；

33、所述折疊鏡位于輸入鏡后；

34、所述啁啾鏡位于折疊鏡后；

35、所述sesam輸出鏡位于啁啾鏡之后；

36、所述激光晶體材料位于輸入鏡和折疊鏡之間。

37、可選地，所述ld端面泵浦模塊的泵浦源為939nm?ingaas?ld；

38、泵浦方式為端面泵浦，泵浦源為光纖耦合半導(dǎo)體激光器；

39、激光諧振腔為平凹腔，總腔長為58mm；

40、所述輸入鏡為平面鏡，兩側(cè)鏡面分別渡有939nm增透膜和1035-1060nm高反膜；

41、所述輸出鏡為凹面鏡，曲率半徑為75mm，透過率為3％。

42、本技術(shù)能產(chǎn)生的有益效果包括：

43、1)本技術(shù)所提供的激光晶體材料ca3yb2algao9，具有超寬帶吸收和發(fā)射性能，該激光晶體材料在939nm泵浦下能夠?qū)崿F(xiàn)波長位于950～1070nm紅外波段可調(diào)諧飛秒激光輸出。

44、2)本技術(shù)所提供的激光晶體材料ca3yb2algao9，與普通的yb3+摻雜鋁酸鹽如cagdalo4、cayalo4和y3al5o12等晶體相比，具有以下優(yōu)勢：ca3yb2algao9具有原子無序分布的結(jié)構(gòu)特征，其吸收截面和半峰寬大，有助于晶體對泵浦光的吸收，從而增強晶體在～1微米紅外波段的熒光發(fā)射；具有大的發(fā)射截面和半峰寬，以及強熒光發(fā)射，對于激光輸出是非常有利的，有助于增加飛秒激光發(fā)射功率和效率，有助于壓縮脈寬。