專利名稱：銩鈥共摻鉬酸釓鋰激光晶體及其制備方法和用途的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及激光晶體和器件領域。
背景技術：
以欽(Ho3+)為激活離子，由5I7 — 5I8躍遷產生的2. O μ m波段激光處于H2O和CO2等分子的強烈吸收區(qū)；該波段激光對人眼安全，在醫(yī)療、通訊和國防等領域具有廣泛的應用前景。采用銩(Tm3+)離子敏化，借助于銩離子的交叉弛豫3H4+3H6 —3F4+3F4以及銩向欽的能量傳遞3F4 (Tm3+) +5I8 (Ho3+) — 3H6 (Tm3+) +5I7 (Ho3+)，可以方便地利用發(fā)射波長在800 nm附近的商品化半導體激光進行泵浦。在此基礎上制成的全固態(tài)激光器具有使用壽命長、光束質量好、轉換效率高等特點。鑰酸鹽晶體中Tm3+離子3H6 — 3H4躍遷吸收截面大，Tm3+與Ho3+離子能級匹配好， 能量傳遞效率高；Ho3+離子在2. O μ m波段熒光發(fā)射譜覆蓋范圍達200 nm,以鑰酸鹽晶體作為增益介質可制成性能優(yōu)異的可調諧和短脈沖激光器。此外，鑰酸鹽晶體具有良好的拉曼效應，Tm3VHo3+共摻鑰酸鹽晶體還可實現(xiàn)自受激拉曼散射激光輸出，拓展輸出激光的波長。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供Tm3+/Ho3+離子共摻的鑰酸釓鋰(Tm3+/Ho3+: LiGd (MoO4)2)晶體及其制備方法，通過控制晶體中Tm3+與Ho3+離子的摻雜濃度配比，實現(xiàn)低閾值和高效的1.95—2. I μ m波段以及自拉曼頻移的激光輸出。本發(fā)明包括如下技術方案
I.一種Tm3+/H03+離子共摻的鑰酸釓鋰激光晶體，該類晶體的分子式為LiTmxH0yGd1Ty (MoO4)2，其中 χ=0· 03—0. 15,y=0. 003—0. 015 ;該類晶體屬于四方晶系，空間
群為J4，鑰酸禮鋰晶體的單胞參數(shù)為<3=6=5. 181 A, C=Il. 285 A。2. 一種項I所述的Tm3+Ato3+共摻鑰酸釓鋰激光晶體的制備方法，該晶體采用提拉法生長，晶體生長的溫度約為1025 °C，提拉速度為1—2毫米/小時，晶體轉速為15—35
轉/分鐘。3. 一種輸出波長介于I. 95—2. I μ m的固體激光器，該激光器由泵浦系統(tǒng)、激光腔和以項I所述的晶體作為激光增益介質組成，采用發(fā)射光能被該晶體有效吸收的泵浦源。4.如項3所述的激光器，直接在激光晶體的兩端面鍍介質膜，構成一臺沒有獨立的入射腔鏡和出射腔鏡的激光器。5. 一種輸出I. 95-2. I μ m波段激光的可調諧激光器，在項3所述固體激光器的激光腔中插入調諧元件，獲得I. 95—2. I μ m波段的可調諧激光輸出。6. 一種輸出波長介于I. 95—2. I μ m的脈沖激光器，在項3所述固體激光器的激光腔中插入調Q或鎖模元件，獲得I. 95-2. I μ m波段的脈沖激光運轉。7. 一種輸出波長長于2. I μ m的自受激拉曼散射激光器，在項6所述脈沖激光器基礎上，采用對I. 95 — 2. I μ m波段光高反，對2. 4 — 2. 6 μ m波段光透過率為3 — 20%的輸出鏡，經(jīng)LiTmxH0yGd1Iy(M0O4)2晶體的受激拉曼散射效應輸出自受激拉曼散射激光。8.如項5所述的可調諧激光器，將輸入腔鏡介質膜直接鍍在激光晶體的泵浦端面，構成沒有獨立入射腔鏡的激光器；或將輸出腔鏡介質膜鍍在調諧元件的輸出端面，構成沒有獨立出射腔鏡的激光器；或共同構成沒有獨立入射和出射腔鏡的激光器。9.如項6所述的脈沖激光器，將輸入腔鏡介質膜和輸出腔鏡介質膜直接鍍在激光晶體的泵浦端面和調Q或鎖模元件的激光輸出端面，構成沒有獨立入射腔鏡和出射腔鏡的激光器；或將激光晶體和調Q或鎖模元件粘貼在一起。實施本發(fā)明技術方案具有的有益效果是=LiTmxH0yGd1Ty (MoO4)2激光晶體在空氣中不潮解，具有良好的熱、機械和化學穩(wěn)定性；對泵浦光吸收強；以LiIKHOyGdm(MoO4)2晶體為激光增益介質可以實現(xiàn)低閾值和高效I. 95 — 2. I ym波段激光輸出；以LiTmxH0yGd1Ty (MoO4)2晶體作為激光增益介質還可實現(xiàn)I. 95—2. I μ m波段可調諧和超短 脈沖激光輸出^iTmxH0yGd1Iy(M0O4)2晶體作為自拉曼散射激光增益介質，能夠制成輸出波長長于基頻光波段的結構緊湊的自受激拉曼散射激光器。
具體實施例方式實例I :單晶 LiTm0.046Ho0.006Gd0.948 (MoO4)2 的制備
稱取 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%)，將這些原料充分混合研磨后壓片，然后置于馬弗爐中700 °C燒結30小時。將燒結過的原料再次研磨壓片，在850 1重復燒結30小時，獲得單相粉末。將此粉末置于一 0 5 0 _X03O的鉬金坩堝內，置入單晶提拉爐中進行晶體生長。生長過程與參數(shù)為先將粉末升溫至約1100 °C，待完全熔化后降溫至1050 V并恒溫2小時使熔體密度分布均勻，然后緩慢降溫至高出熔點5 °C左右，引入(001)方向籽晶開始生長。經(jīng)過引種、放肩、等徑、提拉等步驟，最后退火完成生長全過程。整個過程提拉速度I一2毫米/小時，籽晶桿轉速15 — 35轉/分鐘。得到的單晶具有良好的光學質量，尺寸大于020 mmX03O mm。切取實驗所需樣品，測得Tm3+和Ho3+實際濃度分別為4. 6 at. %和 O. 6 at. %。實例2 :795 nm半導體激光端面泵浦LiTmatl46Hoam6Gda 948 (MoO4)2晶體c切片實現(xiàn)2.05 μ m激光輸出
將LiTmaci46Hoam6Gda 948 (MoO4)2單晶沿垂直c方向加工成I. 10 mm厚的晶體(端面積一般在平方毫米到平方厘米)，端面拋光后置于激光腔中，輸入腔鏡介質膜在795 nm波長處高透、I. 9 - 2. I μπι波長處高反(R>99%)，輸出腔鏡介質膜在795 nm波長處高反(R>98%)、1.9-2. I μ m波長處透過率為3.9%。利用795 nm半導體激光端面泵浦，此激光器可實現(xiàn)閾值為O. 54 W，斜率效率和輸出功率分別達20%和I. 23 W的2. 05 μ m激光。將其中一面或兩面介質膜鍍在晶體通光面上亦可構成激光器件，并實現(xiàn)同樣的目的。實例3 :795 nm 半導體激光端面泵浦 LiTmaci46Hoacitl6Gda 948 (MoO4)2 晶體實現(xiàn) I. 95—2.08 μ m波段可調諧激光輸出
將LiTmaci46Hoatltl6Gda 948 (MoO4) 2單晶(端面積一般在平方毫米到平方厘米)切割并端面拋光后置于激光腔中，晶體通光厚度為I. 10 _，輸入腔鏡介質膜在795 nm波長處高透、I. 9-2.I μ m波長處高反(R>99%)，輸出腔鏡介質膜在795 nm波長處高反(R>98%)、1. 9 - 2. Iμ m波長處透過率為2. 4%。在增益介質和輸出腔鏡之間插入調諧濾鏡。利用795 nm半導體激光端面泵浦，通過旋轉濾鏡實現(xiàn)I. 95— 2. 08 μ m波段可調諧激光輸出。將輸入端面介質膜和輸出端面介質膜分別鍍在晶體通光面和濾鏡輸出端面上亦可構成激光器件，并實現(xiàn)同樣的目的。實例4 :795 nm半導體激光端面泵浦LiTmatl35Hoam4Gda961(MoO4)2晶體實現(xiàn)2. 05μm鎖模脈沖激光輸出
795 nm半導體激光端面泵浦,LiTmaci35Hoacitl4Gda961(MoO4);^體通光厚度為2. O mm,激光腔采用Z型折疊腔，將一半導體飽和吸收體插入腔內作為被動鎖模元件，實現(xiàn)2. 05 μ m脈沖激光輸出?；蛘邔⒓す饩w的一個端面與鎖模元件的一個端面粘貼，再將激光晶體和鎖模元件的另一個端面鍍上適合795 nm激光端面泵浦、激光諧振并輸出2.05 μ m激光的介質膜，利用795 nm半導體激光端面泵浦也可輸出2. 05 μ m鎖模脈沖激光。 實例5 :795 nm半導體激光端面泵浦LiTmatl35Hoam4Gda961(MoO4)2晶體實現(xiàn)主動調Q自受激拉曼散射2. 5 μ m激光輸出
795 nm半導體激光端面泵浦,LiTmaci35Hoacitl4Gda961(MoO4);^體通光厚度為2. O mm,輸入鏡對泵浦光高透，對I. 9—2. I μ m波段和2. 4—2. 6 μ m波段光高反。輸出耦合鏡對I. 9一2.1 μ m波段光高反，對2. 4 — 2. 6 μ m波段光透過率為15%，腔內置入一聲光調Q元件。當諧振腔內的基頻光輻射超過LiTmaci35Hoatltl4Gda961 (MoO4)2晶體的自受激拉曼散射閾值時，輸出自受激拉曼散射頻移后的2. 5 ym激光。
權利要求
1.一種Tm3+/H03+離子共摻的鑰酸釓鋰激光晶體，其特征在于該晶體的分子式為LiTmxHoyGd1Ty (MoO4)2，其中 χ=0· 03—0. 15,y=0. 003—0. 015 ;該晶體屬于四方晶系，空間群為/4，鑰酸禮鋰晶體的單胞參數(shù)為<3=6=5. 181 A, C=Il. 285 A。
2.—種權利I所述的Tm3+Ato3+共摻鑰酸釓鋰激光晶體的制備方法，該晶體采用提拉法生長，其特征在于晶體生長的溫度約為1025 °C，提拉速度為I一2毫米/小時，晶體轉速為15 — 35轉/分鐘。
3.一種輸出波長介于I. 95一2. I μ m的固體激光器,其特征在于該激光器由泵浦系統(tǒng)、激光腔和以權利I所述的晶體作為激光增益介質組成，采用發(fā)射光能被該晶體有效吸收的泵浦源。
4.如權利3所述的固體激光器，其特征在于直接在激光晶體的兩端面鍍介質膜，構成一臺沒有獨立的入射腔鏡和出射腔鏡的激光器。
5.一種輸出I. 95一2. I μ m波段激光的可調諧激光器,其特征在于在權利3所述固體激光器的激光腔中插入調諧元件，獲得I. 95-2. I μ m波段的可調諧激光輸出。
6.一種輸出波長介于I. 95一2. I μ m的脈沖激光器,其特征在于在權利3所述固體激光器的激光腔中插入調Q或鎖模元件，獲得I. 95 — 2. I μ m波段的脈沖激光運轉。
7.一種輸出波長長于2. I μ m的自受激拉曼散射激光器,其特征在于在權利6所述脈沖激光器基礎上，采用對I. 95 — 2. Iym波段光高反，對2. 4 — 2. 6 μ m波段光透過率為3—20%的輸出鏡，經(jīng)LiTmxH0yGd1Ty(MoO4)2晶體的受激拉曼散射效應輸出自受激拉曼散射激光。
8.如權利5所述的可調諧激光器，其特征在于將輸入腔鏡介質膜直接鍍在激光晶體的泵浦端面，構成沒有獨立入射腔鏡的激光器；或將輸出腔鏡介質膜鍍在調諧元件的輸出端面，構成沒有獨立出射腔鏡的激光器；或共同構成沒有獨立入射和出射腔鏡的激光器。
9.如權利6所述的脈沖激光器,其特征在于將輸入腔鏡介質膜和輸出腔鏡介質膜直接鍍在激光晶體的泵浦端面和調Q或鎖模元件的激光輸出端面，構成沒有獨立入射腔鏡和出射腔鏡的激光器；或將激光晶體和調Q或鎖模元件粘貼在一起。
全文摘要
一種可作為1.95—2.1μm波段固體激光增益介質的銩鈥共摻鉬酸釓鋰激光晶體，涉及激光晶體和器件領域。該類晶體的分子式為LiTmxHoyGd1-x-y(MoO4)2，其中x=0.03—0.15，y=0.003—0.015。該類晶體可采用提拉法生長，在空氣中不潮解，具有良好的熱、機械和化學穩(wěn)定性，并且具有良好的自受激拉曼散射特性。以該類晶體為激光增益介質能夠實現(xiàn)1.95—2.1μm波段連續(xù)、可調諧、以及短脈沖激光輸出；利用其自身的受激拉曼散射特性還可將所得基頻激光轉換成波長范圍更寬的自受激拉曼散射激光輸出。
文檔編號H01S3/16GK102978705SQ20111026203
公開日2013年3月20日 申請日期2011年9月6日 優(yōu)先權日2011年9月6日
發(fā)明者唐劍鋒, 黃藝東, 陳雨金, 林炎富, 龔興紅, 黃建華, 羅遵度 申請人:中國科學院福建物質結構研究所