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上海光机所在3微米激光晶体研究方面取得新进展

2020-09-29 10:14| 发布者: | 查看: |

近期,中国科学院上海光学精密机械研究所微纳光电子功能材料实验室在3微米激光晶体研究方面取得新进展。

无序晶体材料以超宽带的发光特性,近年来成为超快激光领域重要的增益介质。ABCO4型(A=Ca,Sr,Ba;B=稀土元素;C=Ga,Al或过渡元素)激光晶体以高的结构无序度、优良的热学性能和较低的声子能量,被认为是有希望获得商用发展的超快激光增益介质,能够应用于医疗、军事、工业、科研等领域。随着1.15微米半导体激光技术的发展,钬离子(Ho3+)3微米中红外发光的泵浦问题得以解决。因此,研究钬掺杂CaGdAlO4晶体(Ho:CaGdAlO4)对于实现直接激光二极管泵浦的中红外超快激光具有重要实用价值。

研究团队采用提拉法生长了Ho:CaGdAlO4和Ho,Pr:CaGdAlO4晶体,分析了晶体质量、结构、溶质分凝与偏振光谱性能。Ho3+:5I6→5I7跃迁呈现宽带荧光特性,发射波长从2750nm延伸至3000nm,为中红外超短脉冲的产生提供了频谱保障。然而,激光下能级的寿命(8.64ms)远大于上能级(0.22ms),严重影响激光效率且容易出现激光自终态瓶颈效应。实验发现,共掺杂Pr3+离子对3微米激光下能级(Ho3+:5I7)起到有效退激活作用,退激活效率高达96.2%。进一步地,共掺Pr3+离子使Ho,Pr:CaGdAlO4晶体中红外荧光得以增强。相应的3微米激光实验正在进行中。

该工作得到了自然科学基金、科技部重点研发计划等项目的支持。

此外,研究团队此前在新型中红外氟化物激光晶体的生长和性能研究方面也取得系列研究进展(Journal of Alloys and Compounds, 2020, 827: 154268; Journal of Luminescence, 2019, 210: 142-145; Journal of Luminescence, 2018, 203: 730-734)


图1 Pr3+共掺前后3微米荧光光谱


图2 Pr3+共掺前后Ho3+三微米激光上、下能级寿命对比

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