CN103614776B - 一种2.9微米附近波长激光晶体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种2.9微米波长附近激光晶体及其制备方法，所述晶体分子式为Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG或Cr,Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG，在Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG中，Tm3+作为敏化离子将吸收的泵浦光能量传递给激活离子Ho3+;在Cr,Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG中，Cr3+将吸收的泵浦光能量首先传递给Tm3+，Tm3+再把能量传递给Ho3+,最后通过Ho3+离子5I6和5I7的两个能级间跃迁，可实现2.9微米附近波长激光。其中调节x的值，可获得2.911μm这一特殊波长激光输出，此波长对水不吸收，是大气的一个窗口，在检测、科研及军事等领域有着重要的应用。

Description

一种2.9微米附近波长激光晶体及其制备方法
技术领域
本发明属于功能晶体材料领域，具体的说是一种2.9微米波长附近Tm3+单掺敏化Ho3+或Cr3+,Tm3+共掺敏化Ho3+及Pr3+退激活Ho3+的镥钇铝石榴石LuxY3-xAG激光晶体及其制备方法。
技术背景
LuxY3-xAG(LuxY3-xAl5O12)是由YAG(Y3Al5O12)和LuAG(Lu3Al5O12)组成的固溶体(参见Y.Kuwano,etal，Crystalgrowthandpropertiesof(Lu,Y)3Al5O12,JCrystalGrowth,2004,260:159),属立方晶系，其空间群为Ia3d，它不仅是一种优良的闪烁基质材料，也是一种优良的固体激光基质材料，该晶体具有很多优点。第一，LuxY3-xAG晶体和YAG和LuAG晶体在热力学及机械性能方面比较相似；第二，在这种稀土离子掺杂的混晶中，晶场无序度增加，可以加宽发射带，从而有利于产生超短路脉冲激光；第三，通过变化基质晶体LuxY3-xAG中x的值，可以调节晶格场，改变一些稀土激活离子的激光输出波长，获得新波长激光。
2.9μm波段附近激光在医疗、科学研究及军事等领域有着重要的应用。目前掺Er3+激光在2.7-3μm的激光已获得较为广泛的应用，由于Er3+的最外层电子数为奇数，受外晶场的影响相对较弱，对于特定的立方晶系基质，只能获得1-2个固定波长的激光，如Er:YSGG的2.79μm和Er:YAG的2.94μm波长,而且需高浓度Er3+掺杂。但是Ho3+离子的最外层电子数为偶数，不同对称性晶体场中的Stark能级数不同(参见卡明斯基,激光晶体,北京:科学出版社,1981:p67)，受晶格场的影响相对较大，在不同基质中，受晶格场差异的影响，其荧光谱会产生一定的差别。在LuAG与YAG的混晶Ho:LuxY3-xAG中,晶场无序度增加，通过改变x的值，可以轻微调节晶格场，使晶体在2.911微米有较强的荧光，从而实现这一特殊的激光波长输出。由于此波长对水不吸收，是大气的一个窄带窗口，在地面可以传输，因此在检测、科研及军事等领域有着重要的应用。
但在单掺Ho3+的激光材料中，由于Ho3+在闪光灯及目前发展成熟的半导体激光发射波段的吸收较弱，影响了泵浦效率。有文献报道使用Nd:YAlO3的1.08μm激光，采用腔内泵浦的方式，研究了Ho:YAlO3晶体在2.844-3.017μm波段激光的调谐性能（参见W.S.Rabinovich,etal,Tunablelaserpumped3μmHo:YA1O3Laser,IEEEJQuan.Elect.,1991,27:895.）。但是这种激光泵浦方式复杂，而且稳定性差，为了简化结构，提高泵浦效率，对Ho3+离子进行敏化很有必要。由于Tm3+能与InGaAs发射波长有效耦合，有较强吸收，并且Tm3+(3H4)的发射带和Ho3+(5I5)的吸收带有一定的重叠，使得Tm3+能对Ho3+进行敏化，将吸收的能量转移给Ho3+离子,可达到提高对泵浦光吸收效率和降低激光振荡阈值的目的。有文献对Tm,Ho:LuAG(Lu3Al5O12)晶体在2.1微米的激光进行过报道(参见N.P.Barnes,etal,SpectroscopicandlaserpropertiesofHo:Tm:LuAG,OpticsLetters,1993,18:708)。另外，用脉冲氙灯泵浦的Cr,Tm共掺敏化Ho的YAG晶体在2.1微米的激光已发展的较为成熟(参见L.Wang，etal,520mJlangasiteelectro-opticallyQ-switchedCr,Tm,Ho:YAGlaser,OpticsLetters,2012,37:1986),其中Cr3+→Tm3+→Ho3+有着较高的能量传递效率。
此外，Ho3+与Er3+一样，其2.9μm附近的中红外激光是两个激发态能级间的跃迁，激光下能级寿命较长，不利于粒子数反转，不仅阈值高而且对激光效率也有重要影响。采用特殊掺杂的退激活方法，可以使这一问题得到改善。如掺入适量与Ho3+的5I7激光下能级位置相接近的Pr3+离子(参见Single-frequencyfiberlaseroperatingat2.9μm，OpticsLetters,2013,38:2388),可加快下能级粒子抽空速率，降低下能级寿命，有利于减小激光阈值和提高激光转换效率。
据检索,目前国内外都还没有关于Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG或Cr,Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG激光晶体的研究报道。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种能够在2.911μm波长实现激光输出的Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG或Cr,Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG激光晶体及其制备方法。
本发明的技术解决方案为：
一种2.9微米附近波长激光晶体，其特征在于：所述晶体的分子式为Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG或Cr,Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG，所述Ho3+作为激活离子，Cr3+,Tm3+作为Ho3+的敏化离子，Pr3+作为Ho3+的退激活离子，可以降低激光下能级寿命，减小激光阈值，提高激光转换效率；所述LuxY3-xAG是镥钇铝石榴石LuxY3-xAl5O12的简写,其作为基质晶体，为激活离子提供一个晶格场；所述Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG中，Tm3+作为敏化离子将吸收的泵浦光能量传递给激活离子Ho3+；所述Cr,Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG中Cr3+将吸收的泵浦光能量首先传递给Tm3+，Tm3+再把能量传递给Ho3+，最后通过Ho3+离子5I6和5I7的两个能级间跃迁，实现2.9微米附近激光波长输出,改变其中基质晶体LuxY3-xAG中的x值(0<x<3)，可以调节晶格场，使晶体在2.911微米有较强的荧光，从而实现这一特殊的激光波长输出。
所述Cr3+是取代基质晶体LuxY3-xAG中的Al3+离子，最适宜的取代浓度范围为1-5at%，即0.01<a<0.05；所述Tm3+、Ho3+和Pr3+是取代基质晶体LuxY3-xAG中的Lu3+离子，Tm3+的最适宜取代浓度范围为1-10at%，即0.01<b<0.1，Ho3+的取适宜取代浓度范围为0.1-2at%，即0.001<c<0.02,Pr3+的取适宜取代浓度范围为0.01-1at%，即0.0001<d<0.01。
所述Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG晶体适合785nm附近半导体激光器泵浦，所述Cr,Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG晶体适合使用脉冲氙灯作为泵浦源。
一种2.9微米附近波长激光晶体的制备方法，包括以下步骤：
（1）固相法或液相法制备多晶原料
按照下列化学反应式:
3aCr2O3+3bTm2O3+3cHo2O3+dPr6O11+(x-3a-3b-3c-d)Lu2O3+(3-x)Y2O3+5Al2O3=2Cr3a,Tm3b,Ho3c,Pr3d:Lux-3a-3b-3c-3dY3-xAl5O12+4dO2↑，其中a=0,即没有掺入Cr3+离子，或者a=0.01-0.05，b=0.01-0.1，c=0.001-0.02，d=0.0001-0.01,x=0-3通过固相反应法或液相法制得Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG或Cr,Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG多晶原料；
（2）熔体法生长单晶
使用上述固相法或液相法制备的Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG或Cr,Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG多晶原料，再采用熔体法制备Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG或Cr,Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG单晶。
所述固相法制备多晶原料的步骤为：将氧化物原料按化学反应式:
3aCr2O3+3bTm2O3+3cHo2O3+dPr6O11+(x-3a-3b-3c-d)Lu2O3+(3-x)Y2O3+5Al2O3=2Cr3a,Tm3b,Ho3c,Pr3d:Lux-3a-3b-3c-3dY3-xAl5O12+4dO2↑，按照设定的a,b,c,d,x的分别称取某一固定值，将称取的各氧化物均匀混合并压块，在1250-1350℃空气条件下烧结24-48小时，可得到Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG或Cr,Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG多晶原料。
所述液相法制备多晶原料的步骤为：将氧化物原料按化学反应式：3aCr2O3+3bTm2O3+3cHo2O3+dPr6O11+(x-3a-3b-3c-d)Lu2O3+(3-x)Y2O3+5Al2O3=2Cr3a,Tm3b,Ho3c,Pr3d:Lux-3a-3b-3c-3dY3-xAl5O12+4dO2↑，其中按照所述设定的a,b,c,d,x分别称取某一固定值，将称取的各氧化物分别用HNO3溶解后均匀混合，用液相共沉淀的方法将混合溶液与氨水共滴定，保持PH值在11.5-12.5，经共沉淀后的混合液，用离心机离心得到凝胶状前驱物，经洗涤，烘干，最后在900-1100℃烧结10-14小时，即可获得Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG或Cr,Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG多晶原料。
所述熔体法生长单晶的方法为：将所述固相法或液相法制备的500-600克Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG或Cr,Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG多晶原料装入直径60-70mm的铱坩埚中,将铱坩埚放入激光晶体提拉炉中，炉膛抽真空1-5Pa后充入氮气作为保护气体,用LuAG单晶做生长籽晶，籽晶转速为5-10转/分钟，生长拉速1-2mm/小时，使用感应加热法将原料熔化，原料熔化后再过热8-12小时，经过下种，放肩，等径，提晶，降温等过程，最后获得直径25-30mm等径长度80-100mm的Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG或Cr,Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG单晶。
本发明的原理为：Tm3+单掺敏化或Cr3+,Tm3+共掺敏化Ho3+及Pr3+退激活Ho3+的镥钇铝(LuxY3-xAG)激光晶体，晶体结构属于立方晶系，分子式为Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG或Cr,Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG，Tm3+、Ho3+和Pr3+取代Lu3+的位置，Cr3+取代Al3+的位置。其中Cr3+的最适宜取代浓度范围为1-5at%，Tm3+的最适宜取代浓度范围为1-10at%，Ho3+的最适宜取代浓度范围为0.1-2at%，Pr3+的最适宜取代浓度范围为0.01-1at%。在Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG中，Tm3+作为敏化离子将吸收的泵浦光能量传递给激活离子Ho3+，在Cr,Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG中，Cr3+将吸收的泵浦光能量首先传递给Tm3+，Tm3+再把能量传递给Ho3+，最后通过Ho3+离子5I6和5I7的两个能级间跃迁，激光波段范围在2.9μm附近，Pr3+的能级3F2与Ho3+的激光下能级5I7很接近，能过共振能量转移，可以抽空5I7能级的部分粒子数，从而达到降低下能级寿命，减小激光阈值，提高激光转换效率的目的。因此,Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG或Cr,Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG晶体有望分别成为适合LD泵浦和脉冲氙灯泵浦的新型激光晶体。此外，由于Ho3+离子的最外层电子数为偶数，受晶格场的影响相对较大，因此掺入不同基质，其荧光谱有一定的差别，在Ho:LuxY3-xAG混晶中，晶体无序度增加，通过改变x的值，可以轻微调节晶格场，使晶体在2.911微米有较强的荧光，从而实现这一特殊的激光波长输出。由于此波长对水不吸收，是大气的一个窗口，在地面可以传输，因此在检测、科研及军事等领域有着重要的应用。
本发明与现有技术相比的优点在于：
（1）在单掺Ho3+的激光材料中，由于Ho3+在闪光灯及目前发展成熟的半导体激光发射波段的吸收较弱，泵浦效率非常低。有文献报道使用Nd:YAlO3的1.08μm激光，采用腔内泵浦的方式，研究了Ho:YAlO3晶体在2.844-3.017μm波段激光的调谐性能。但是这种激光泵浦方式复杂，而且稳定性差。采用Tm3+单掺敏化或Cr3+,Tm3+双掺Ho3+的晶体，可以使晶体适合目前发展比较成熟的半导体激光或脉冲氙灯泵浦，能简化结构，提高泵浦效率；
（2）5I7作为Ho3+的2.9微米激光下能级，其寿命较长，不利于粒子数反转，因此激光阈值较高，激光效率也受到了影响，Pr3+是作为Ho3+的退激活离子，可减小激光下能级寿命和激光阈值，提高激光转换效率；
（3）通过改变基质晶体LuxY3-xAG中x的值，可以轻微调节晶格场，使晶体在2.911微米有较强的荧光，从而实现这一特殊的激光波长输出。此波长对水不吸收，是大气的一个窄带窗口，在检测、科研及军事等领域有着重要的应用。
附图说明
图1为采用半导体激光器作为泵浦源实现本发明Tm,Ho,Pr:Lu2.4Y0.6AG晶体激光输出的一种实验装置图。
图2为采用闪光灯作为泵浦源实现本发明Cr,Tm,Ho,Pr:Lu2.4Y0.6AG晶体激光输出的一种实验装置图。
具体实施方式
实施例1
生长Tm3+的取代浓度为5at%，Ho3+取代浓度为0.5at%,Pr3+取代浓度为0.1at%的Tm,Ho,Pr:Lu2.4Y0.6AG晶体，
Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG晶体是指Tm3+的取代浓度在1-10at%之间,Ho3+离子的取代浓度在0.1-2at%之间,Pr3+取代浓度为0.01-1at%之间。本实施例中Tm3+的取代浓度为5at%,Ho3+取代浓度为0.5at%,Pr3+取代浓度为0.1at%。
将氧化物原料按化学反应式:
3bTm2O3+3cHo2O3+dPr6O11+(x-3b-3c-d)Lu2O3+(3-x)Y2O3+5Al2O3=2Tm3b,Ho3c,Pr3d:Lux-3b-3c-3dY3-xAl5O12+4dO2↑称取，其中b=0.05,c=0.005，d=0.001,x=2.4,均匀混合并压块，使用固相法在1250℃烧结48小时，可得到Tm,Ho,Pr:Lu2.4Y0.6AG多晶原料。把500克Tm,Ho,Pr:Lu2.4Y0.6AG多晶原料装入直径60mm的铱坩埚中,铱坩埚放入激光晶体提拉炉中，炉膛抽真空(1-5Pa)后充入氮气作为保护气体,用LuYAG单晶做生长籽晶，籽晶转速为5-10转/分钟，生长拉速1-2mm/小时，使用感应加热法将原料熔化，原料熔化后再过热10小时，经过下种，放肩，等径，提晶，降温等过程，最后获得直径25mm等径长度100mm的Tm,Ho,Pr:Lu2.4Y0.6AG单晶。通过测量晶体的吸收光谱，发现晶体在785nm有宽的吸收带，用785nm半导体激光器激发得到了2.8-3μm的荧光谱，晶体在2.911μm附近有较强的荧光，初步表明该晶体可以用LD泵浦实现2.911μm这一特殊的激光波长输出。
实施例2
生长Tm3+的取代浓度为10at%，Ho3+取代浓度为1at%,Pr3+取代浓度为0.2at%的Tm,Ho,Pr:Lu2.4Y0.6AG晶体。
Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG晶体是指Tm3+的取代浓度在1-10at%之间,Ho3+离子的取代浓度在0.1-2at%之间,Pr3+离子的取代浓度为0.01-1at%之间。本实施例中Tm3+的取代浓度为10at%,Ho3+取代浓度为1at%,Pr3+取代浓度为0.2at%。
将氧化物原料按化学反应式:
3bTm2O3+3cHo2O3+dPr6O11+(x-3b-3c-d)Lu2O3+(3-x)Y2O3+5Al2O3=2Tm3b,Ho3c,Pr3d:Lux-3b-3c-3dY3-xAl5O12+4dO2↑称取，其中b=0.1,c=0.01，d=0.002,x=2.4,均匀混合并压块，使用固相法在1250℃烧结48小时，可得到Tm,Ho,Pr:Lu2.4Y0.6AG多晶原料。把500克Tm,Ho,Pr:Lu2.4Y0.6AG多晶原料装入直径60mm的铱坩埚中,铱坩埚放入激光晶体提拉炉中，炉膛抽真空(1-5Pa)后充入氮气作为保护气体,用LuYAG单晶做生长籽晶，籽晶转速为5-10转/分钟，生长拉速1-2mm/小时，使用感应加热法将原料熔化，原料熔化后再过热10小时，经过下种，放肩，等径，提晶，降温等过程，最后获得直径25mm等径长度100mm的Tm,Ho,Pr:Lu2.4Y0.6AG单晶。通过测量晶体的吸收光谱，发现晶体在785nm有宽的吸收带，用785nm半导体激光器激发得到了2.8-3μm的荧光谱，晶体在2.911μm附近有较强的荧光，初步表明该晶体可以用LD泵浦实现2.911μm这一特殊波长的激光输出。
实施例3
生长Cr3+的取代浓度为2at%,Tm3+的取代浓度为5at%，Ho3+的取代浓度为0.5at%,Pr3+的取代浓度为0.1at%的Tm,Ho,Pr:Lu2.4Y0.6AG晶体。
Cr,Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG晶体是指Cr3+的浓度在1-5at%,Tm3+的取代浓度在1-10at%之间,Ho3+离子的取代浓度在0.1-2at%之间,Pr3+的取代浓度为0.01-1at%之间。本实施例中Cr3+的取代浓度在2at%,Tm3+的取代浓度为5at%,Ho3+的取代浓度为0.5at%,Pr3+的取代浓度为0.1at%。
将氧化物原料按化学反应式:
3aCr2O3+3bTm2O3+3cHo2O3+dPr6O11+(x-3a-3b-3c-d)Lu2O3+(3-x)Y2O3+5Al2O3=2Cr3a,Tm3b,Ho3c,Pr3d:Lux-3a-3b-3c-3dY3-xAl5O12+4dO2↑称取，其中a=0.02,b=0.05,c=0.005，d=0.001,x=2.4,均匀混合并压块，使用固相法在1250℃烧结48小时，可得到Cr,Tm,Ho,Pr:Lu2.4Y0.6AG多晶原料。把500克Cr,Tm,Ho,Pr:Lu2.4Y0.6AG多晶原料装入直径60mm的铱坩埚中,铱坩埚放入激光晶体提拉炉中，炉膛抽真空(1-5Pa)后充入氮气作为保护气体,用LuYAG单晶做生长籽晶，籽晶转速为5-10转/分钟，生长拉速1-2mm/小时，使用感应加热法将原料熔化，原料熔化后再过热10小时，经过下种，放肩，等径，提晶，降温等过程，最后获得直径25mm等径长度100mm的Cr,Tm,Ho,Pr:Lu2.4Y0.6AG单晶。通过测量晶体的吸收光谱，发现晶体在785nm有宽的吸收带，用785nm半导体激光器激发得到了2.8-3μm的荧光谱，晶体在2.911μm附近有较强的荧光，初步表明该晶体可以用LD泵浦实现2.911μm这一特殊波长的激光输出。
实施例4
生长Cr3+的取代浓度为4at%,Tm3+的取代浓度为10at%，Ho3+的取代浓度为1at%,Pr3+离子的取代浓度为0.2at%的Tm,Ho,Pr:Lu2.4Y0.6AG晶体。
Cr,Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG晶体是指Cr3+的取代浓度在1-5at%,Tm3+的取代浓度在1-10at%之间,Ho3+离子的取代浓度在0.1-2at%之间,Pr3+离子的取代浓度为0.01-1at%之间。本实施例中Cr3+的取代浓度为4at%,Tm3+的取代浓度为10at%,Ho3+的取代浓度为1at%,Pr3+的取代浓度为0.2at%。
将氧化物原料按化学反应式:
3aCr2O3+3bTm2O3+3cHo2O3+dPr6O11+(x-3a-3b-3c-d)Lu2O3+(3-x)Y2O3+5Al2O3=2Cr3a,Tm3b,Ho3c,Pr3d:Lux-3a-3b-3c-3dY3-xAl5O12+4dO2↑称取，其中a=0.04,b=0.1,c=0.01，d=0.002,x=2.4,均匀混合并压块，使用固相法在1250℃烧结48小时，可得到Cr,Tm,Ho,Pr:Lu2.4Y0.6AG多晶原料。把500克Cr,Tm,Ho,Pr:Lu2.4Y0.6AG多晶原料装入直径60mm的铱坩埚中,铱坩埚放入激光晶体提拉炉中，炉膛抽真空(1-5Pa)后充入氮气作为保护气体,用LuYAG单晶做生长籽晶，籽晶转速为5-10转/分钟，生长拉速1-2mm/小时，使用感应加热法将原料熔化，原料熔化后再过热10小时，经过下种，放肩，等径，提晶，降温等过程，最后获得直径25mm等径长度100mm的Cr,Tm,Ho,Pr:Lu2.4Y0.6AG单晶。通过测量晶体的吸收光谱，发现晶体在785nm有宽的吸收带，用785nm半导体激光器激发得到了2.8-3μm的荧光谱，晶体在2.911μm附近有较强的荧光，初步表明该晶体可以用LD泵浦实现2.911μm这一特殊波长的激光输出。
实施例5
实现Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG晶体2.9μm波段附近激光输出的一种实验装置：
采用785nm半导体激光器泵浦Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG(Tm3+的取代浓度为10at%,Ho3+的取代浓度为0.5at%,Pr3+的取代浓度为0.1at%,x=2.4)的晶体元件。实验装置如附图1。图中1是Tm,Ho,Pr:Lu2.4Y0.6AG长方体激光晶体元件(3mm×3mm×20mm)；2是785nm半导体激光器；3是对2.9μm附近波长全反射对785nm高透射的介质镜；4是对2.9μm附近波长部分透射对785nm全反射的介质镜；5是激光功率计；6是聚焦透镜。
实施例6
实现或Cr,Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG晶体2.9μm波段附近激光输出的一种实验装置：
采用脉冲氙灯泵浦Cr,Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG(Cr3+的取代浓度为2at%,Tm3+的取代浓度为10at%,Ho3+的取代浓度为1at%,Pr3+的取代浓度为0.2at%,x=2.4)的晶体元件。实验装置如附图2。图中a是Cr,Tm,Ho,Pr:Lu2.4Y0.6AG激光晶体棒(Ф3mm×60mm)；b是脉冲氙灯；c是对2.9μm附近波长全反射的介质镜；d是对2.9μm附近波长部分透射的介质镜；e是激光能量计。

Claims (6)

1.一种2.9微米附近波长激光晶体，其特征在于：所述晶体的分子式为Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG或Cr,Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG，所述Ho3+作为激活离子，Cr3+,Tm3+作为Ho3+的敏化离子，Pr3+作为Ho3+的退激活离子，降低激光下能级寿命，可以减小激光阈值，提高激光转换效率；所述LuxY3-xAG是镥钇铝石榴石LuxY3-xAl5O12的简写,其作为基质晶体，为激活离子提供一个晶格场；所述Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG中，Tm3+作为敏化离子将吸收的泵浦光能量传递给激活离子Ho3+；所述Cr,Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG中,Cr3+将吸收的泵浦光能量首先传递给Tm3+，Tm3+再把能量传递给Ho3+，最后通过Ho3+离子5I6和5I7的两个能级间跃迁，获得2.9微米附近波长激光输出,通过改变其中x的值调节晶格场,0<x<3,可以使晶体在2.911微米附近有强的荧光,从而实现2.911微米这一特殊波长的激光输出；所述Cr3+是取代基质晶体LuxY3-xAG中的Al3+离子，最适宜的取代浓度范围为1-5at％，即0.01<a<0.05；所述Tm3+、Ho3+和Pr3+是取代基质晶体LuxY3-xAG中的Lu3+离子，Tm3+的最适宜取代浓度范围为1-10at％，即0.01<b<0.1，Ho3+的适宜取代浓度范围为0.1-2at％，即0.001<c<0.02,Pr3+的适宜取代浓度范围为0.01-1at％，即0.0001<d<0.01。
2.根据权利要求书1所述的2.9微米附近波长激光晶体，其特征在于：所述Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG晶体适合785nm附近半导体激光器泵浦，所述Cr,Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG晶体适合使用脉冲氙灯作为泵浦源。
3.一种如权利要求1所述的2.9微米附近波长激光晶体的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)固相法或液相法制备多晶原料
按照下列化学反应式:
3aCr2O3+3bTm2O3+3cHo2O3+dPr6O11+(x-3a-3b-3c-d)Lu2O3+(3-x)Y2O3+5Al2O3＝2Cr3a,Tm3b,Ho3c,Pr3d:Lux-3a-3b-3c-3dY3-xAl5O12+4dO2↑，其中a＝0,即没有掺入Cr3+离子，或者a＝0.01-0.05，b＝0.01-0.1，c＝0.001-0.02，d＝0.0001-0.01,x＝0-3，通过固相反应法或液相法制得Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG或Cr,Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG多晶原料；
(2)熔体法生长单晶
使用上述固相法或液相法制备的Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG或Cr,Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG多晶原料，再采用熔体法制备Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG或Cr,Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG单晶。
4.根据权利要求3所述的2.9微米附近波长激光晶体的制备方法，其特征在于：所述固相法制备多晶原料的步骤为：将氧化物原料按化学反应式:
3aCr2O3+3bTm2O3+3cHo2O3+dPr6O11+(x-3a-3b-3c-d)Lu2O3+(3-x)Y2O3+5Al2O3＝2Cr3a,Tm3b,Ho3c,Pr3d:Lux-3a-3b-3c-3dY3-xAl5O12+4dO2↑，按照设定的a,b,c,d,x分别称取某一固定值，将称取的各氧化物均匀混合并压块，在1250-1350℃空气条件下烧结24-48小时，可得到Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG或Cr,Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG多晶原料。
5.根据权利要求3所述的2.9微米附近波长激光晶体的制备方法，其特征在于：所述液相法制备多晶原料的步骤为：将氧化物原料按化学反应式：
3aCr2O3+3bTm2O3+3cHo2O3+dPr6O11+(x-3a-3b-3c-d)Lu2O3+(3-x)Y2O3+5Al2O3＝2Cr3a,Tm3b,Ho3c,Pr3d:Lux-3a-3b-3c-3dY3-xAl5O12+4dO2↑,其中按照所述设定的a,b,c,d,x分别称取某一固定值，将称取的各氧化物分别用HNO3溶解后均匀混合，用液相共沉淀的方法将混合溶液与氨水共滴定，保持pH值在11.5-12.5，经共沉淀后的混合液，用离心机离心得到凝胶状前驱物，经洗涤，烘干，最后在900-1100℃烧结10-14小时，即可获得Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG或Cr,Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG多晶原料。
6.根据权利要求3所述的2.9微米附近波长激光晶体的制备方法，其特征在于：所述熔体法生长单晶的方法为：将所述固相法或液相法制备的500-600克Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG或Cr,Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG多晶原料装入直径60-70mm的铱坩埚中,将铱坩埚放入激光晶体提拉炉中，炉膛抽真空1-5Pa后充入氮气作为保护气体,用LuAG单晶做生长籽晶，籽晶转速为5-10转/分钟，生长拉速1-2mm/小时，使用感应加热法将原料熔化，原料熔化后再过热8-12小时，经过下种，放肩，等径，提晶，降温过程，最后获得直径25-30mm等径长度80-100mm的Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG或Cr,Tm,Ho,Pr:LuxY3-xAG单晶。
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