技術領域

本發明屬于功能晶體材料領域，具體的說是一種高效2.8-3微米Yb³⁺單摻敏化Ho³⁺或Cr³⁺，Yb³⁺共摻敏化Ho³⁺的鋁酸釔YAlO₃激光晶體。

背景技術

YAlO₃(YAP)晶體是優良的固體激光基質材料，它是一種雙光軸晶體，屬正交晶系，其空間群為P_bnm，該晶體各向異性，使其具有很多優點。第一，YAP晶體和YAG(Y₃Al₅O₁₂)晶體在熱力學及機械性能方面比較相似；第二，當在較高功率泵浦的條件下，YAP晶體的自然雙折射超越熱雙折射而占主導地位，所以可以忽略由于熱雙折射帶來的不利影響；第三，三價稀土離子摻雜的YAP晶體可以產生線性偏振的激光；第四，通過改變光場矢量在晶體中的方向，可實現激光波長的小范圍調諧。

2.7-3μm波段附近激光在醫療、科學研究及軍事等領域有著重要的應用。目前摻Er³⁺激光在2.7-3μm的激光已獲得較為廣泛的應用，然而摻Er³⁺的熒光為線狀譜，對于特定的基質，只能獲得1-2個固定波長的激光，如Er:YSGG的2.7和2.79μm波長，而且需高濃度Er³⁺摻雜。Ho³⁺離子摻雜晶體的熒光為寬帶譜，可以獲得2.8-3微米可調諧激光。但在單摻Ho³⁺的激光材料中，由于Ho³⁺在閃光燈及目前發展成熟的半導體激光發射波段的吸收較弱，影響了泵浦效率。有文獻報道使用Nd:YAlO₃的1.08μm激光，采用腔內泵浦的方式，研究了Ho:YAlO₃晶體在2.844-3.017μm波段激光的調諧性能(參見W.S.Rabinovich，et?al，Tunable?laser?pumped3μm?Ho:YA1O₃?Laser，IEEE?J?Quan.Elect.，1991，27：895.)。但是這種激光泵浦方式復雜，而且穩定性差，為了簡化結構，提高泵浦效率，對Ho³⁺離子進行敏化很有必要。由于Yb³⁺能與InGaAs發射波長有效耦合，有較強吸收，并且Yb³⁺(²F_5/2)的發射帶和Ho³⁺(⁵I₆)的吸收帶有一定的重疊，使得Yb³⁺能對Ho³⁺進行敏化，將吸收的能量轉移給Ho³⁺離子，可達到提高對泵浦光吸收效率和降低激光振蕩閾值的目的。有文獻對Yb，Ho:YSGG(Y₃Sc₂Ga₃O₁₂)晶體進行過報道(參見A.Diening，et?al，Spectroscopy?and?diode-pumped?laser?oscillation?of?Yb³⁺，Ho³⁺-doped?yttrium?scandium?gallium?garnet，J?Appl.Phys.2000，87：4063)。另外，A.F.Umyskov等人發現在Cr，Yb共摻敏化的Ho:YSGG晶體中Cr³⁺→Yb³⁺→Ho³⁺泵浦光能量轉換效率可超過90％(參見Efficient?3-μm?Cr³⁺:Yb³⁺:Ho³⁺:YSGG?crystal?laser，Quantum?Electronics，1996，26：771)，而且激光實驗結果表明，Cr，Yb，Ho:YSGG有著比Cr，Er:YSGG晶體更高的增益。