專利名稱：一類摻雜鉺、鐿和鈰離子的鉬酸鹽激光晶體及其用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光晶體和器件領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鉺激光器的1.5-1.6^im輸出波段處于光纖通信窗口和大氣傳輸窗口，而且該 波段激光對人眼安全，因此被廣泛應(yīng)用在國防和民用領(lǐng)域。鉬酸鹽晶體具有較 低的有效聲子能量(約900cm—1)，因此在該類基質(zhì)晶體中E,離子4111/2—4113/2 能級間的無輻射躍遷幾率較小，41 /2能級的熒光壽命較長，從而導(dǎo)致較強(qiáng)的上 轉(zhuǎn)換能量損耗，使得經(jīng)波長在976nm附近的InGaAs半導(dǎo)體激光泵浦后，布居于 、"2能級的E^離子無法有效布居到激光上能級41,3/2，從而抑制了 1.5-1.6pm波 段激光的有效運(yùn)轉(zhuǎn)。目前利用976nm半導(dǎo)體激光器泵浦Ei^+和Y^+離子雙摻的 鉬酸酸鹽激光晶體仍沒有實(shí)現(xiàn)1.5-1.6|im波段激光輸出。
(^3+離子能級結(jié)構(gòu)簡單，只有一個基態(tài)^5/2和一個激發(fā)態(tài)￥7/2，此二能級間 距與Er"離子4111/2與4113/2能級間距比較接近。因此在E,離子激活的鉬酸鹽晶 體中同時摻入C離子，可以通過聲子輔助能量傳遞Er3+(4I11/2)+Ce3+(2F5/2)— E一Yl一+Ce，F(xiàn)7,2)大幅度增加E產(chǎn)離子在激光上能級4113/2的布居。因此在Er3+ 離子摻雜的鉬酸鹽晶體中同時摻入C^+離子將是實(shí)現(xiàn)高效和高功率1.5-1.6, 波段激光輸出的一種有效方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于制備一類同時摻入Yb31n (^3+離子的Ei^+離子激活的鉬 酸鹽晶體，通過控制晶體中E,、 Yb"和C^+離子的濃度，實(shí)現(xiàn)高效和高功率的 1.5-1.6pm波段激光運(yùn)轉(zhuǎn)。本發(fā)明包括如下技術(shù)方案
1. 一類摻雜Er3+、 Yb"和(^3+離子的鉬酸鹽激光晶體，該類晶體的分子式為 RErxYbyCezRe(1.x.y.z)(Mo04)2 ， 其中 x=0.05-5mol% ， y=0-60mol% ， z=l-99.95mol%，且x+y+z^l; R為K、 Na、 Li堿金屬元素中某一元素或若 干元素的組合，Re為Sc、 Y、 La、 Gd、 Lu、 Bi元素中某一元素或若干元素 的組合。R為Na、 Li時，該類晶體屬于四方晶系，為單軸晶，空間群為I4"a， 單胞參數(shù)為a=5.27(9)A， c=11.48(20)A， a=p=y=90°; R為K時，該類晶體 屬于正交晶系，為雙軸晶，空間群為Pbcn，單胞參數(shù)為a=5.07(9)A， b=18.23(13)A， c=7.95(13)A， a=|3=Y=90。。
2. —種輸出1.5-1.6pm波段激光的固體激光器，由泵浦系統(tǒng)、激光腔和激光增 益介質(zhì)組成，該激光器以項(xiàng)l所述的激光晶體作為增益介質(zhì)，采用發(fā)射光能 被該激光晶體有效吸收的泵浦源。。
3. 如項(xiàng)2所述的激光器，直接在激光晶體的兩端面鍍膜，構(gòu)成一臺沒有入射腔 鏡和出射腔鏡的激光器。
4. 一種輸出1.5-1.6pm波段激光的可調(diào)諧激光器，在項(xiàng)2所述固體激光器的激 光腔中插入調(diào)諧元件，獲得1.5-1.6pm波段的可調(diào)諧激光運(yùn)轉(zhuǎn)。
5. —種輸出1.5-1.6nm波段激光的脈沖激光器，在項(xiàng)2所述固體激光器的激光 腔中插入調(diào)Q或鎖模元件，獲得1.5-1.6pm波段的脈沖激光運(yùn)轉(zhuǎn)。
6. —種輸出750-800nm波段激光的倍頻激光器，在項(xiàng)2所述固體激光器的激光 腔中插入非線性光學(xué)晶體，獲得750-800nm波段的倍頻激光運(yùn)轉(zhuǎn)。
7. —種輸出750-800nm波段激光的倍頻脈沖激光器，在項(xiàng)6所述倍頻激光器的 激光晶體與非線性光學(xué)晶體之間插入調(diào)Q或鎖模元件，實(shí)現(xiàn)750—800nm波 段的倍頻脈沖激光輸出。前述項(xiàng)4所述的可調(diào)諧激光器，可將輸入腔鏡膜和輸出腔鏡膜直接鍍在激 光晶體的泵浦端面和調(diào)諧元件的激光輸出端面，構(gòu)成沒有入射腔鏡和出射腔鏡 的激光器。也可將激光晶體和調(diào)諧元件粘貼在一起。
前述項(xiàng)5所述的脈沖激光器，可將輸入腔鏡膜和輸出腔鏡膜直接鍍在激光 晶體的泵浦端面和調(diào)Q或鎖模元件的激光輸出端面，構(gòu)成沒有入射腔鏡和出射 腔鏡的激光器。也可將激光晶體和調(diào)Q或鎖模元件粘貼在一起。
前述項(xiàng)6所述的倍頻激光器，可將輸入腔鏡膜和輸出腔鏡膜直接鍍在激光 晶體的泵浦端面和非線性光學(xué)晶體的激光輸出端面，構(gòu)成沒有入射腔鏡和出射 腔鏡的激光器。也可將激光晶體和非線性光學(xué)晶體粘貼在一起。
前述項(xiàng)7所述的倍頻脈沖激光器，可將輸入腔鏡膜和輸出腔鏡膜直接鍍在 激光晶體的泵浦端面和非線性光學(xué)晶體的激光輸出端面，構(gòu)成沒有入射腔鏡和 出射腔鏡的激光器。也可將激光晶體，調(diào)Q或鎖模元件，非線性光學(xué)晶體三者 粘貼或部分粘貼在一起。
實(shí)施本發(fā)明技術(shù)方案具有的有益效果是RErxYbyCezRe(1.x.y-z)(Mo04)2激光 晶體在空氣中不潮解，具有良好的熱、機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性；以 RErxYbyCezRe(1.x.y.z)(Mo04)2晶體為激光增益介質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)高效和高功率 1.5-1.6|Lim波段激光輸出；E一+離子4113/244115/2躍遷在該類晶體中還具有較寬的 熒光發(fā)射帶，以RErxYbyCezRe(1-x-y_z)(Mo04)2晶體為激光增益介質(zhì)還可實(shí)現(xiàn)可調(diào) 諧和超短脈沖1.5-1.6iim波段激光輸出。
具體實(shí)施例方式
實(shí)例1: 976nm半導(dǎo)體激光端面泵浦Er3+、 Yb3+、 Ce"離子三摻NaGd(Mo04)2 晶體實(shí)現(xiàn)1548nm激光輸出。
利用提拉法生長得到摻雜13.0at.%Yb3+、 1.0at.0/0Er31n 35.0at.。/oCe"的NaGd(Mo04)2晶體。然后將1.0mm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，入射鍍膜腔鏡在976nrn波長處高透、1548nm波 長處高反(11>99%)，出射鍍膜腔鏡在976nm波長處高反(11>98%)、 1548nm波 長處透過率為1.5%。利用976nm半導(dǎo)體激光端面泵浦，此激光器即可實(shí)現(xiàn)輸出 效率和輸出功率分別達(dá)20%和2.3W的1548nm激光。將其中一面或兩面介質(zhì)膜 鍍在晶體通光面上亦可構(gòu)成激光器件，并實(shí)現(xiàn)同樣的目的。
實(shí)例2: 976nm半導(dǎo)體激光端面泵浦Er3+、 Yb3+、 Ce"離子三摻NaY(Mo04)2 晶體實(shí)現(xiàn)1560nm激光輸出。
利用提拉法生長得到摻雜15.0at.%Yb3+、 0.8at.%Er31t] 37.0at.%Ce3+的 NaY(Mo04)2晶體。然后將0.7mm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，入射鍍膜腔鏡在976nm波長處高透、15606nm波長 處高反(11>99%)，出射鍍膜腔鏡在976nm波長處高反(11>98%)、 1560nm波長 處透過率為4.0%。利用976nm半導(dǎo)體激光端面泵浦，此激光器即可實(shí)現(xiàn)斜率效 率和輸出功率分別達(dá)15%和1.5W的1560nm激光。將其中一面或兩面介質(zhì)膜鍍 在晶體通光面上亦可構(gòu)成激光器件，并實(shí)現(xiàn)同樣的目的。
實(shí)例3: 976nm半導(dǎo)體激光端面泵浦Er3+、 Yb3+、 Ce"離子三摻KY(Mo04)2 晶體實(shí)現(xiàn)1530nm的激光輸出。
利用提拉法生長得到摻雜9.0at.°/。Yb3+、 0.8at.%Er3^n 40.0at.%Ce3+的 KGd(Mo04)2晶體。然后將0.6mm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，入射鍍膜腔鏡在976nm波長處高透、1530nm波 長處高反(11>99%)，出射鍍膜腔鏡在976nm波長處高反(11>98%)、 1530nm波 長處透過率為5.8%。利用976nm半導(dǎo)體激光端面泵浦，此激光器即可實(shí)現(xiàn)斜率 效率和輸出功率分別達(dá)13%和1.3W的1530nm激光。將其中一面或兩面介質(zhì)膜鍍在晶體通光面上亦可構(gòu)成激光器件，并實(shí)現(xiàn)同樣的目的。
實(shí)例4: 976nm半導(dǎo)體激光端面泵浦Er3+、 Yb3+、 Ce"離子三摻NaY(Mo04)2 晶體實(shí)現(xiàn)1560nm被動調(diào)Q脈沖激光輸出。
將被動調(diào)Q元件(如Co2+:MgAl204， Co2+:ZnSe等)插入實(shí)例2中激光晶體和 輸出腔鏡之間，利用976nm半導(dǎo)體激光端面泵浦即可實(shí)現(xiàn)1560nm被動調(diào)Q脈 沖激光輸出。或者將激光晶體的一個端面與調(diào)Q元件的一個端面粘貼，再將激 光晶體和調(diào)Q元件的另一個端面鍍上適合976nm紅外激光端面泵浦、激光諧振 并輸出1560nm激光的介質(zhì)膜，利用976nm半導(dǎo)體激光端面泵浦也可輸出 1560nm被動調(diào)Q脈沖激光。
實(shí)例5: 976nm半導(dǎo)體激光端面泵浦Er3+、 Yb3+、 Ce"離子三摻NaY(Mo04)2 晶體實(shí)現(xiàn)780nm的倍頻調(diào)Q脈沖激光輸出。
在實(shí)例4中調(diào)Q元件和出射鍍膜腔鏡間加入沿倍頻1560nm激光的I類相 位匹配角切割的(3-BBO晶體(0=19.82°， (p=0°)。輸入腔鏡在976nm波長處高 透，780nm和1560nm波長處高反(R>99%)。輸出腔鏡在976nm波長處高反 (R>98%)， 1560nm波長處高反(R〉99。/。)，在780nm波長處高透(T>80%)。利 用976nm半導(dǎo)體激光端面泵浦即可輸出780nm的倍頻激光。也可以將激光晶體 的一個端面與P-BBO晶體的一個端面粘貼，輸入腔鏡膜和輸出腔鏡膜直接鍍在 激光晶體和(3-BBO晶體的另一個端面上，以實(shí)現(xiàn)同樣的目的。
權(quán)利要求
1.一類摻雜鉺、鐿和鈰離子的鉬酸鹽激光晶體，該類晶體的分子式為RErxYbyCezRe(1-x-y-z)(MoO4)2，其中x＝0.05-5mol％，y＝0-60mol％，z＝1-99.95mol％，且x+y+z≤1；R為K、Na、Li堿金屬元素中某一元素或若干元素的組合，Re為Sc、Y、La、Gd、Lu、Bi元素中某一元素或若干元素的組合；R為Na、Li時，該類晶體屬于四方晶系，為單軸晶，空間群為I41/a，單胞參數(shù)為 id="icf0001" file="A2008100711000002C1.tif" wi="24" he="5" top= "81" left = "51" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/> id="icf0002" file="A2008100711000002C2.tif" wi="29" he="5" top= "81" left = "80" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>α＝β＝γ＝90°；R為K時，該類晶體屬于正交晶系，為雙軸晶，空間群為Pbcn，單胞參數(shù)為 id="icf0003" file="A2008100711000002C3.tif" wi="24" he="5" top= "92" left = "160" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/> id="icf0004" file="A2008100711000002C4.tif" wi="29" he="5" top= "103" left = "25" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/> id="icf0005" file="A2008100711000002C5.tif" wi="27" he="5" top= "103" left = "58" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>α＝β＝γ＝90°。
2. —種輸出1.5-1.6pm波段激光的固體激光器，由泵浦系統(tǒng)、激光腔和激光增 益介質(zhì)組成，其特征在于該激光器以權(quán)利要求1所述的激光晶體作為增益 介質(zhì)，采用發(fā)射光能被該激光晶體有效吸收的泵浦源。
3. 如權(quán)利要求2所述的激光器，其特征在于直接在激光晶體的兩端面鍍膜， 構(gòu)成一臺沒有入射腔鏡和出射腔鏡的激光器。
4. 一種輸出1.5-1.6,波段激光的可調(diào)諧激光器，其特征在于在權(quán)利要求2 所述固體激光器的激光腔中插入調(diào)諧元件，獲得1.5-1.6inm波段的可調(diào)諧激 光運(yùn)轉(zhuǎn)。
5. —種輸出1.5-1.6iam波段激光的脈沖激光器，其特征在于在權(quán)利要求2所 述固體激光器的激光腔中插入調(diào)Q或鎖模元件，獲得1.5-1.6pm波段的脈沖 激光運(yùn)轉(zhuǎn)。
6. —種輸出750-800nm波段激光的倍頻激光器，其特征在于在權(quán)利要求2 所述固體激光器的激光腔中插入非線性光學(xué)晶體，獲得750-800nm波段的倍 頻激光運(yùn)轉(zhuǎn)。7. —種輸出750-800nm波段激光的倍頻脈沖激光器，其特征在于在權(quán)利要求6.所述倍頻激光器的激光晶體與非線性光學(xué)晶體之間插入調(diào)Q或鎖模元件， 實(shí)現(xiàn)750—800nm波段的倍頻脈沖激光輸出。
全文摘要
一類摻雜鉺、鐿和鈰離子的鉬酸鹽激光晶體及其用途，涉及激光晶體和器件領(lǐng)域。該類晶體的分子式為REr_xYb_yCe_zRe_(1-x-y-z)(MoO₄)₂，其中x＝0.05-10mol％，y＝0.5-60mol％，z＝1-99.95mol％，且x+y+z≤1；R為K、Na、Li堿金屬元素中某一元素或若干元素的組合；Re為Sc、Y、La、Gd、Lu、Bi元素中某一元素或若干元素的組合。該類晶體在空氣中不潮解，具有良好的熱、機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性。以該類晶體為激光增益介質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)高效和高功率的1.5-1.6μm波段激光運(yùn)轉(zhuǎn)。
文檔編號G02B1/00GK101588010SQ200810071100
公開日2009年11月25日 申請日期2008年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月22日
發(fā)明者林炎富, 羅遵度, 陳雨金, 黃建華, 黃藝東, 龔興紅 申請人:中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所