多功能掺铥β'相钼酸钆激光晶体及其制备方法和用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光晶体和器件领域。
背景技术：
以铥(Tm3+)为激活离子，由3F4 — 3H6跃迁产生的I. 8 — 2. O μ m波段激光能够被液态水分子强烈吸收，同时具有良好的大气透过率和人眼安全等特点而被广泛应用在医疗、通讯和国防等领域。铥离子激活的钥酸盐晶体具有适中的声子能量(约900 cnT1)，激光上能级3F4量子效率超过80% ；Tm3+离子3H6 — 3H4跃迁在800 nm附近表现出强烈的吸收，该波段正好位于商品化半导体激光的特征发射波段。此类激光器容易实现全固态化，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3F4 — 3H6跃迁的荧光发射谱范围超过两百纳米，以其制成的可调谐激光器可在许多领域具有广泛应用前景，通过调Q或锁模很容易获得I. 8 — 2. Oμ m波段的超短脉冲激光运转，在医疗和军事领域具有重要价值。此外，卢’-Gd2 (MoO4)3晶体具有良好的非线性光学效应，Tm3+激活的/T-Gd2(MoO4)3晶体可用于制造红外自倍频激光器。
发明内容
本发明的目的在于提供Tm3+离子激活的/T-Gd2(MoO4)3晶体及其制备方法，通过控制晶体中Tm3+离子的浓度，实现低阈值和高效的I. 8 — 2. O μπι及其自倍频900 - 1000nm波段激光输出。本发明包括如下技术方案
I.一种Tm3+掺杂的低温相钥酸钆激光晶体，其特征在于该类晶体的分子式为卢’ -Tm2xGd2(1_x) (MoO4) 3，其中x=0. 03 — O. 15，该类晶体属于正交晶系，空间群为
Cf|, — Λ 2 ,单胞参数为 a=10. 39 Lb=IO. 41 A,c=10. 67 A, α=β = ν=90° ;a 和 6 轴方向的晶胞参数近似相等，可视为准单轴晶，光轴平行于c轴。2. 一种输出1.8 — 2.0 μ m波段激光的固体激光器，其特征在于该激光器由泵浦系统、激光腔和以项I所述的激光晶体作为激光增益介质组成，采用发射光能被该激光晶体有效吸收的泵浦源。3.如项2所述的激光器，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。4. 一种输出I. 8 — 2.0 μ m波段激光的可调谐激光器，其特征在于在项2所述固体激光器的激光腔中插入调谐元件，获得I. 8 — 2. O μ m波段的可调谐激光输出。5. 一种输出1.8 — 2.0 μ m波段激光的脉冲激光器，其特征在于在项2所述固体激光器的激光腔中插入调Q或锁模元件，获得I. 8 — 2. O μ m波段的脉冲激光运转。6. 一种输出900 - 1000 nm波段激光的自倍频激光器，其特征在于该晶体以Tm3+离子掺杂的非线性激光晶体卢’ _Tm2xGd2(1_x) (MoO4)3同时作为增益介质和倍频元件，晶体两端面沿垂直于自倍频的相位匹配方向切割，采用发射波段能被该晶体有效吸收的光泵浦获得1.8 — 2.0 ym波段的基频激光运转，同时利用激光晶体自身具有的非线性光学效应对基频激光实施倍频，获得900 - 1000 nm波段的自倍频激光运转。前述项4所述的可调谐激光器，可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，构成没有独立入射腔镜和出射腔镜的激光器。前述项5所述的脉冲激光器，可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。也可将激光晶体和调Q或锁模元件粘贴在一起。前述项6所述的倍频激光器，可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出射端面，构成没有独立入射腔镜和出射腔镜的自倍频激光器。实施本发明技术方案具有的有益效果是'β，-Tm2xGd2(1_x) (MoO4)3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；以厂-Tm2xGd2(1_x) (MoO4) 3晶体为激光增益介质可以实现低阈值和高效I. 8 — 2. O μπι波段激光输出；以卢’ -Tm2xGd2 (1_x) (MoO4) 3晶体为激光增益介质还可实现I. 8 — 2. O μ m波段可调谐和超短脉冲激光输出；Tm2xGd 2(1_x) (MoO4) 3晶体作为自倍频激光增益介质，能够制成900 - 1000 nm波段结构紧凑的自倍频激光器。
具体实施例方式实例I :795 nm半导体激光端面泵浦Tm3+离子掺杂β ’ -Gd2 (MoO4) 3晶体实现1900nm激光输出。利用提拉法生长得到掺杂6. 6 at. % Tm3+的β ’ -Gd2 (MoO4) 3晶体。然后将O. 93 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、1800 - 2000 nm波长处高反(R>99%)，输出腔镜介质膜在795 nm波长处高反(R>98%)、1800 - 2000 nm波长处透过率为7. 1%。利用795 nm半导体激光端面泵浦，此激光器可实现阈值为O. 42 W，输出斜率效率和输出功率分别达57%和2. 9 W的1900nm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2 :795 nm半导体激光端面泵浦Tm3+离子掺杂β ’ -Gd2 (MoO4) 3晶体实现I. 8 —2.0 μ m波段可调谐激光输出。将Tm3+掺杂浓度为6. 6 at. %的β ’ -Gd2 (MoO4) 3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，晶体通光厚度为I _，输入腔镜介质膜在795 nm波长处高透、1800 - 2000 nm波长处高反(R>99%)，输出腔镜介质膜在795 nm波长处高反(R>98%)、1800 - 2000 nm波长处透过率为5%。在增益介质和输出腔镜之间插入调谐用Lyot滤镜。利用795 nm半导体激光端面泵浦，通过旋转滤镜实现1800 - 2000 nm波段可调谐激光输出。将输入端面介质膜和输出端面介质膜分别镀在晶体通光面和Lyot滤镜输出端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β ’ -Gd2 (MoO4) 3晶体实现1900 nm调Q脉冲激光输出。将声光调Q元件插入实例I中激光晶体和输出腔镜之间，利用795 nm半导体激光端面泵浦即可实现1900 nm调Q脉冲激光输出。或者将激光晶体的一个端面与调Q元件的一个端面粘贴，再将激光晶体和调Q元件的另一个端面镀上适合795 nm激光端面泵浦、激光谐振并输出1900 nm激光的介质膜，利用795 nm半导体激光端面泵浦也可输出1900 nm调Q脉冲激光。实例4 :795 nm半导体激光端面泵浦Tm3+离子掺杂β ’ -Gd2 (MoO4) 3晶体实现自倍频950 nm激光输出。将掺杂3 at. % Tm3+的β ’ -Gd2 (MoO4) 3晶体两端面沿垂直于1900 nm波长处的I类
倍频相位匹配角定向切割，同时确定晶体的大小(一般为端面积在平方毫米到平方厘米，长度为几毫米的方柱或圆柱)。然后将晶体抛光后置于激光腔中，输入腔镜介质膜在795 nm波长处高透、950和1900 nm波长处高反(R>99%)，输出腔镜介质膜在795 nm波长处高反 (R>98%)、1900 nm波长处高反(R>98%)，在950 nm波长处高透(T>60%)。利用795 nm半导体激光端面泵浦，即可实现950 nm波长的近红外固体激光。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。
权利要求
1.一种Tm3+掺杂的低温相钥酸钆激光晶体，其特征在于该类晶体的分子式为卢’ -Tm2xGd2(1_x) (MoO4) 3，其中x=0. 03 — O. 15，该类晶体属于正交晶系，空间群为Clv - Pbal ,单胞参数为 a=10. 39 Lb=IO. 41 A，c=10. 67 A, α=β = ν=90° ;a 和 6 轴方向的晶胞参数近似相等，可视为准单轴晶，光轴平行于c轴。
2.—种输出I. 8 — 2. O μ m波段激光的固体激光器,其特征在于该激光器由泵浦系统、激光腔和以权利要求I所述的激光晶体作为激光增益介质组成，采用发射光能被该激光晶体有效吸收的泵浦源。
3.如权利要求2所述的激光器，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。
4.一种输出1.8 — 2.0 μ m波段激光的可调谐激光器，其特征在于在权利要求2所述固体激光器的激光腔中插入调谐元件，获得I. 8 — 2. O μ m波段的可调谐激光输出。
5.一种输出1.8 — 2.0 μ m波段激光的脉冲激光器，其特征在于在权利要求2所述固体激光器的激光腔中插入调Q或锁模元件，获得I. 8 — 2. O μ m波段的脉冲激光运转。
6.一种输出900 - 1000 nm波段激光的自倍频激光器，其特征在于该晶体以Tm3+离子掺杂的非线性激光晶体β ’ _Tm2xGd2(1_x) (MoO4)3同时作为增益介质和倍频元件，晶体两端面沿垂直于自倍频的相位匹配方向切割，采用发射波段能被该晶体有效吸收的光泵浦获得I. 8 — 2. O μ m波段的基频激光运转，同时利用激光晶体自身具有的非线性光学效应对基频激光实施倍频，获得900 — 1000 nm波段的自倍频激光运转。
全文摘要
一种可作为1.8－2.0μm波段固体激光增益介质的Tm3+掺杂β'相钼酸钆激光晶体，涉及激光晶体和器件领域。该类晶体的分子式为β'-Tm2xGd2(1-x)(MoO4)3，其中x=0.03－0.15。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，并且具有良好的二次谐波产生特性。以该类晶体为激光增益介质能够实现1.8－2.0μm波段连续、可调谐、以及超短脉冲激光输出；利用其自身的倍频特性还可将1.8－2.0μm波段基频激光转换成900－1000nm自倍频激光输出。
文档编号C30B29/32GK102766907SQ20111024154
公开日2012年11月7日 申请日期2011年8月22日 优先权日2011年5月4日
发明者唐剑锋, 林炎富, 罗遵度, 陈雨金, 黄建华, 黄艺东, 龚兴红 申请人:中国科学院福建物质结构研究所
文档序号 :
【 8123341 】
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
技术所有人：中国科学院福建物质结构研究所
备 注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
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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
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