Er/Dy/Ho激活的中红外激光晶体的生长、光谱和激光性能研究

【作者】 王燕； 朱昭捷； 李坚富； 涂朝阳；

【机构】 中国科学院福建物质结构研究所； 中国福建光电信息科学与技术创新实验室(福建闽都创新实验室)；

【摘要】 大功率全固态激光器是世界各大强国争相发展的技术领域,也是我国突破美国"卡脖子"技术的重要攻坚方向,为国民经济发展和国家安全提供强力支撑。其中,2.7～3.0μm中红外波段激光位于水的强吸收波段,其高功率连续激光、静态脉冲和调Q激光直接分别对标精密计量、透明材料加工、大气监测等重要的应用需求,是国家急需开发的激光光源,还是4-5和8-12μm中远红外激光器的最佳泵浦源激光波长。Er³⁺、Dy³⁺和Ho³⁺均具有丰富的能级结构,其⁴I_11/2→⁴I_13/2、⁶H_13/2→⁶H_15/2和⁵I₆→⁵I₇能级跃迁对应于2.7～3.0μm波段的荧光发射,基于稀土离子激活的中红外激光晶体的全固态激光器是近年来中红外固态激光领域的研究热点。低声子能镓酸盐（GGG、YSGG、LuGG、SrLaGa₃O₇、BaLaGa₃O₇、CaLaGa₃O₇）、氟化物（LaF₃、BaF₂、CaF₂）和铝酸盐（YAP、YAG、CaGdAlO₄、CaYAlO₄）等晶体具有优良的物化性能、热性能和激光输出的特性,是固态激光器中重要的增益介质。本工作系统研究了一系列Er³⁺、Dy³⁺和Ho³⁺离子激活的上述晶体的生长和性能,采用提拉法或坩埚下降法生长获得一系列晶体,对晶体缺陷进行了分析,并提出了晶体生长工艺的改进措施。研究了晶体光学质量和热学性能等。测试了所有晶体的吸收、荧光光谱和衰减曲线等,研究了能量传递机理等。采用多种泵浦方式实现了最大输出功率瓦级的连续、调Q波段等激光输出。更多还原