CN101378174A - 一种共掺敏化离子的铒离子激活的钆镓石榴石新型激光晶体 - Google Patents
一种共掺敏化离子的铒离子激活的钆镓石榴石新型激光晶体 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101378174A CN101378174A CNA2007100094441A CN200710009444A CN101378174A CN 101378174 A CN101378174 A CN 101378174A CN A2007100094441 A CNA2007100094441 A CN A2007100094441A CN 200710009444 A CN200710009444 A CN 200710009444A CN 101378174 A CN101378174 A CN 101378174A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- crystal
- ion
- laser crystal
- doped
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
一种共掺敏化离子的铒离子激活的钆镓石榴石新型激光晶体，涉及激光晶体材料领域。该晶体材料的化学式为Cr:Er:Ho:Gd3Ga5O12。采用Gd2O3、Ga2O3、Er2O3、Cr2O3、Ho2O3作为原料，通过高温固相反应获得Cr:Er:Ho:Gd3Ga5O12原料，采用提拉法生长晶体。该材料用于实现2.6～3.0μm波段激光输出。
Description
技术领域
本发明涉及激光晶体材料领域。
背景技术
2.6～3.0μm波段的激光在大气遥感、红外激光雷达、激光医疗和国防安全等领域具有广阔应用前景，特别是3.0um～5.0μm波段的中红外激光，是目前最缺乏和最急需的光源波段之一，它在国防和民用上都有着广泛的应用，在国防安全和环保上，由于该波段或是位于大气的传输窗口，是光电对抗和反导中必须依靠和应用的干扰源；因为是处于“分子指纹”区的缘故，还可以用来远距离探测化学物质，在反化学战和环境保护中起到关键性的作用。
Er3+离子激活的激光晶体均可产生2.6～3.0μm波段的激光光源。目前，已有报道采用氙灯泵浦Er:Y3Al5O12(YAG)激光晶体可以在2.940um波段产生3.8W(10Hz，380mJ)的激光输出，在市场上已经商业化。在1994年德国Bradley.J报道了采用～970nm波段的LD激光泵浦Er3+:YAG、Er3+:Gd3Ga5O12和Er:Y3Sc2Ga3O12(YSGG)激光晶体，分别在2.937um、2.821um和2.797um波段实现了143mW、155mW和190mW的激光输出，斜率效率分别为27％、26％和31％。Gd3Ga5O12中Er3+激光上能级4I11/2的寿命和下能级4I13/2的寿命与YSGG的相近，但是Gd3Ga5O12中Er3+激光上能级4I11/2的寿命(0.96ms)要比YAG中Er3+激光上能级4I11/2的寿命(0.12ms)长得多，下能级4I13/2的寿命(3.4ms)也比YAG中Er3+激光下能级4I13/2的寿命(7.25ms)短，因此，相对于YAG，Gd3Ga5O12(GGG)晶体更适合于作为2.6～3.0μm波段的激光基质材料。
共掺Cr3+敏化离子不仅可以提高泵浦效率，还可以扩展晶体的可调谐激光波段，同时共掺Ho3+敏化离子，可以减小Er3+激光下能级4I13/2的寿命，抑制Er3+离子产生1.54um激光的4I13/2→4I15/2跃迁，从而有利于2.6～3.0μm波段激光的输出，大大地提高了量子效率。目前国内已经有报道(1)Cr，Yb，Ho：YSGG激光晶体在2.84～3.05μm波长之间实现了连续可调的激光输出，德国专家A.Hogele也报道了Cr:Er:YSGG的激光实验，采用氙灯泵浦晶体，在2.70um波段获得了0.6J的激光输出，斜率效率为0.36％。但是，目前对于波长2.6～2.8μm波段和3.0um波段的研究报道较少，特别是～2.7μm和3.0um波段的激光光源。
钆镓石榴石Gd3Ga5O12(GGG)是一种优秀的激光基质材料，作为激光基质材料，它具有以下许多优点：
1.高的热导率：8Wm-1K-1；
2.低的热光效应：
3.具有较低的声子能量；
4.可以采用熔体提拉法生长大尺寸的晶体；
5.具有良好的物化性能，不溶于强酸强碱，硬度高，激光损伤阈值高；
6.对于稀土掺杂离子，在相应的泵浦波长处具有较大的吸收截面，并具有较大的发射截面；
7.具有高的热容，因此可以应用于高功率热容激光器；
8.具有较低的熔点，约为1725℃，(例如比YAG低200℃)；
与YAG和YSGG晶体相比较，稀土激活的Gd3Ga5O12晶体具有以下的一些优点：
1.采用提拉法生长的Nd:Gd3Ga5O12晶体，容易实现平界面生长，不会产生由杂质、应力等引起的核心，整个横截面都可以有效利用，有利于获得大直径晶体元件。
2.它的热容比YAG和YSGG高，是目前唯一可以应用于高功率热容激光器的激光基质材料。
3.Gd3Ga5O12的声子能量较低(约为500～600cm-1)，这有利于减少激光晶体的无辐射跃迁几率，从而增加激光发射功率和效率，对于～3um波段激光具有高的量子效率；
4.GGG晶体的熔点较低(约为1725℃)，比YAG和YSGG约低200℃，有利于晶体的生长；
5.Gd的半径比Y离子大，容易进行稀土离子的掺杂，有利于生长高质量的晶体；
6.由于YSGG所用的Sc2O3价格较昂贵，成本较高，因此与YSGG相比较，GGG激光晶体的成本较低，并且热导率也比YSGG高。
Nd:Gd3Ga5O12作为一种优秀的固体热容激光工作介质，近年来已经引起了国内外的广泛关注。目前，在国际上，向美国利夫莫尔国家实验室提供晶体的公司生长的晶体尺寸已经达到φ100～φ150mm(1～4)，在2003年，美国实验室采用LD泵浦的Nd:Gd3Ga5O12激光器激光输出的平均功率突破了10KW，在2004年则达到了30KW，其近期的目标是达到100KW。在国内，中科院安徽光学精密机械研究所等几个单位也投入了大量的人力物力进行研究，目前生长的晶体尺寸已经达到φ80mm，采用激光二极管阵列泵浦下，实现了重复频率为50Hz，平均功率高于3500瓦的激光输出。
显然地，GGG是一种优良的激光基质晶体，但是目前研究的重点主要是集中在Nd激活的高功率热容激光晶体，对于其它激活离子掺杂的Gd3Ga5O12激光晶体的研究较少，特别是对于Cr3+:Er3+:Ho3+掺杂的Gd3Ga5O12激光晶体的生长、光谱和激光性能的研究，目前国内外都尚未有研究报道，而对于Cr3+:Er3+:Gd3Ga5O12晶体，国外只是报道相关的光谱特性，证明了在2.6um～3.0μm波段有较强的荧光发射，而未见有激光性能的研究报道。
发明内容
本发明的目的在于公开一种能够实现2.6um～3.0um波段激光输出的激光晶体材料Cr:Er:Ho:Gd3Ga5O12。
实现本发明目的技术方案：
1.一种共掺敏化离子的铒离子激活的钆镓石榴石新型激光晶体，该晶体材料的化学式为Cr:Er:Ho:Gd3Ga5O12。
2.一种项1的激光晶体材料的制备方法，其特征在于：采用Gd2O3、Ga2O3、Er2O3、Cr2O3、Ho2O3作为原料，通过高温固相反应获得Cr:Er:Ho:Gd3Ga5O12原料，采用提拉法生长晶体。
3.一种项1的激光晶体材料的用途，该材料用于实现2.6～3.0um波段激光输出。
共掺Cr3+敏化离子不仅可以提高泵浦效率，还可以扩展晶体的可调谐激光波段，同时共掺Ho3+敏化离子，可以减小Er3+激光下能级4I13/2的寿命，抑制Er3+离子产生1.54um激光的4I13/2→4I15/2跃迁，从而有利于2.6～3.0μm波段激光的输出，大大地提高了量子效率。Gd3Ga5O12是一种优秀的激光基质材料，Cr3+:Er3 +:Gd3Ga5O12晶体，已有实验证明了在2.6um～3.0μm波段有较强的荧光发射，因此Cr3+:Er3+:Ho3+:Gd3Ga5O12可以实现2.6um～3.0μm波段激光输出。
附图说明
附图为激光实验装置。
具体实施方式：
实施例一：Cr:Er:Ho:Gd3Ga5O12晶体的生长制备
晶体提拉法生长所用的仪器是DJL-400的中频提拉炉，中频电源型号为KGPF25-0.3-2.5。采用Pt/Pt-Rh的热电偶和型号为815EPC的欧路表控温。所采用的坩埚是Φ55mm×30mm的铱坩埚，所用的原料是4N级的Gd2O3、Ga2O3、Er2O3、Cr2O3、Ho2O3。根据下列化学反应式配制原料：
x＝15at％～50at％；y＝0.5at％～5at％；Cr2O3的重量是原料总重量的0.5wt％～3wt％。把原料混合均匀，压成片状，置于铂坩埚中，以150℃/h缓慢升温到烧结的预定温度，重复此过程，直至X射线粉末衍射的结果不变为止。
把原料装入Φ55mm×30mm的铱坩埚内，为了避免铱坩埚的氧化，首先抽出炉子内的空气体，使得炉子内的气压达到10-3Pa，再把0.04MPa的氮气充入，然后升温到比熔点高50℃的温度，恒温1小时，使得原料熔化完全。先以Y3Al5O12(YAG)做为籽晶生长出GGG晶体，再以GGG晶体做为籽晶生长大尺寸的优质晶体。生长过程中，籽晶杆的提拉速率为1.3～1.5mm/h，降温速率为2～10℃/h，籽晶杆的转动速率为12～20r.p.m.，生长结束后，将晶体提离液面，然后以10～30℃/h的速率降至室温，得到尺寸为φ30mm×30mm的透明晶体。
实施例二：Cr:Er:Ho:Gd3Ga5O12晶体的激光实验
加工出尺寸为φ5mm×(30mm～50mm)的优质Cr:Er:Ho:Gd3Ga5O12晶体器件，采用氙灯作为泵浦源，进行激光实验。实验装置如附图所示。图中1是棒状Cr:Er:Ho:Gd3Ga5O12晶体；2是氙灯泵浦源；3是对λ＝2.6～3.0μm波段中某个特定波长全反射的介质镜；4是对λ＝2.6～3.0μm波段中某个特定波长部分透射的介质镜；5是LPE-1A激光能量计。
Claims (3)
1.一种共掺敏化离子的铒离子激活的钆镓石榴石新型激光晶体，其特征在于：该晶体材料的化学式为Cr:Er:Ho:Gd3Ga5O12。
2.一种权利要求1的激光晶体材料的制备方法，其特征在于：采用Gd2O3、Ga2O3、Er2O3、Cr2O3、Ho2O3作为原料，通过高温固相反应获得Cr:Er:Ho:Gd3Ga5O12原料，采用提拉法生长晶体。
3.一种权利要求1的激光晶体材料的用途，其特征在于：该材料用于实现2.6～3.0um波段激光输出。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNA2007100094441A CN101378174A (zh) | 2007-08-30 | 2007-08-30 | 一种共掺敏化离子的铒离子激活的钆镓石榴石新型激光晶体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNA2007100094441A CN101378174A (zh) | 2007-08-30 | 2007-08-30 | 一种共掺敏化离子的铒离子激活的钆镓石榴石新型激光晶体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101378174A true CN101378174A (zh) | 2009-03-04 |
Family
ID=40421572
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNA2007100094441A Pending CN101378174A (zh) | 2007-08-30 | 2007-08-30 | 一种共掺敏化离子的铒离子激活的钆镓石榴石新型激光晶体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101378174A (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102134750A (zh) * | 2010-01-22 | 2011-07-27 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种共掺铬、镱敏化离子的钬离子激活的钆镓石榴石新型激光晶体 |
| CN102134749A (zh) * | 2010-01-22 | 2011-07-27 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种镝离子激活的钆镓石榴石新型激光晶体 |
| CN102560660A (zh) * | 2010-12-16 | 2012-07-11 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种铬钬共掺的铒激活铝酸钇新型中波红外激光晶体 |
| CN103305220A (zh) * | 2013-05-24 | 2013-09-18 | 合肥晶桥光电材料有限公司 | 一种Cr、Tm、Ho掺杂ScVO4发光材料及其熔体法晶体生长方法 |
| CN104711677A (zh) * | 2015-02-13 | 2015-06-17 | 山东大学 | 一种自调q的石榴石晶体及其制作的自调q器件、自调q脉冲激光器 |
| CN109713560A (zh) * | 2019-02-12 | 2019-05-03 | 暨南大学 | 面向3.0~5.0微米全固体激光器的中红外铁铒双掺激光晶体 |
| CN113265705A (zh) * | 2021-01-29 | 2021-08-17 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种中红外抗辐照Er,Re:LuYSGG激光晶体及其制备方法和应用 |
-
2007
- 2007-08-30 CN CNA2007100094441A patent/CN101378174A/zh active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102134750A (zh) * | 2010-01-22 | 2011-07-27 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种共掺铬、镱敏化离子的钬离子激活的钆镓石榴石新型激光晶体 |
| CN102134749A (zh) * | 2010-01-22 | 2011-07-27 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种镝离子激活的钆镓石榴石新型激光晶体 |
| CN102560660A (zh) * | 2010-12-16 | 2012-07-11 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种铬钬共掺的铒激活铝酸钇新型中波红外激光晶体 |
| CN103305220A (zh) * | 2013-05-24 | 2013-09-18 | 合肥晶桥光电材料有限公司 | 一种Cr、Tm、Ho掺杂ScVO4发光材料及其熔体法晶体生长方法 |
| CN104711677A (zh) * | 2015-02-13 | 2015-06-17 | 山东大学 | 一种自调q的石榴石晶体及其制作的自调q器件、自调q脉冲激光器 |
| CN104711677B (zh) * | 2015-02-13 | 2017-08-29 | 山东大学 | 一种自调q的石榴石晶体及其制作的自调q器件、自调q脉冲激光器 |
| CN109713560A (zh) * | 2019-02-12 | 2019-05-03 | 暨南大学 | 面向3.0~5.0微米全固体激光器的中红外铁铒双掺激光晶体 |
| CN113265705A (zh) * | 2021-01-29 | 2021-08-17 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种中红外抗辐照Er,Re:LuYSGG激光晶体及其制备方法和应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101619492A (zh) | 一种共掺铬和镨敏化离子的铒离子激活的钆镓石榴石新型激光晶体 | |
| CN101378174A (zh) | 一种共掺敏化离子的铒离子激活的钆镓石榴石新型激光晶体 | |
| CN103194796A (zh) | 钬镨共掺氟化镥锂中红外激光晶体及其制备方法 | |
| CN101089236A (zh) | 镝激活的氟化镥锂新型中红外激光晶体 | |
| CN110295392A (zh) | 一种可调谐激光晶体掺铬钪酸钆及其制备方法 | |
| CN102560658A (zh) | 一种铬镨共掺的铒激活铝酸钆钙新型中波红外激光晶体 | |
| CN102618928B (zh) | 一种高效中红外激光晶体及其制备方法 | |
| CN101377015A (zh) | 一种新型的1.54μm波段稀土离子激活的钆镓石榴石激光晶体 | |
| CN103924297A (zh) | 钬镱镨三掺氟化镥锂中红外激光晶体及其制备方法 | |
| CN114108072B (zh) | 稀土离子掺杂的GdScO3激光晶体制备及其应用 | |
| CN103820858A (zh) | 一类铒或钬激活abc3o7型中红外超快激光晶体 | |
| CN102560667A (zh) | 一种铥激活铌酸钙新型激光晶体 | |
| CN103014864B (zh) | 一种中红外发光晶体材料、及其制备方法与应用 | |
| CN101619493A (zh) | 一种共掺铬和铥敏化离子的铒离子激活的钆镓石榴石新型激光晶体 | |
| CN103541015A (zh) | 一种具有中红外发光性能的晶体材料及其制备方法 | |
| CN102534789A (zh) | 一种铬镨共掺的铒激活铝酸钇新型中波红外激光晶体 | |
| CN102560661A (zh) | 一种铬镨共掺的铒激活铝酸钇钙新型中波红外激光晶体 | |
| CN106588014A (zh) | 一种发光增强的Tm3+掺杂氧化镥基透明陶瓷及制备方法 | |
| CN102534785A (zh) | 一种铒激活铝酸镧钙新型中波红外激光晶体 | |
| CN102409404A (zh) | 一种铒激活铝酸钇钙新型中波红外激光晶体 | |
| CN102560657A (zh) | 一种铬镨共掺的铒激活铝酸镧钙新型中波红外激光晶体 | |
| CN102134750A (zh) | 一种共掺铬、镱敏化离子的钬离子激活的钆镓石榴石新型激光晶体 | |
| CN101864595B (zh) | 掺铒氟化钆锂晶体及其生长方法 | |
| CN101092747A (zh) | 掺铥钬硅酸镥钇激光晶体及其制备方法 | |
| CN102560660A (zh) | 一种铬钬共掺的铒激活铝酸钇新型中波红外激光晶体 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20090304 |