一种红光激光增益介质材料及其制备方法和激光器件

    专利查询2025-07-01  9


    本发明涉及激光,特别涉及一种红光激光增益介质材料及其制备方法和激光器件。


    背景技术:

    1、0.68微米波段红光激光在生物医疗、农业、激光显示以及激光雷达测距等方面应用广泛,在光学、光电子学、生物光子学等领域占有重要的地位。目前,获得红光激光主要有以下三种方式,一种是半导体激光器,使用gainp/algainp材料,通过电泵浦直接得到红光激光。但半导体激光器输出的红光激光功率仅为瓦级,功率低,难以满足日益增长的新需求。另一种是通过拉曼技术实现红光激光,该方式能量转换效率较小。第三种是通过倍频掺钕激光晶体4f3/2→4i13/2波段激光,利用非线性技术产生红光激光。得益于成熟的近红外激光技术,第三种方式有望产生高功率、高效率的红光激光输出。然而,掺钕激光晶体4f3/2→4i13/2波段的发射与占主导地位的1微米波段的发射存在激烈的竞争,导致掺钕晶体1.3微米波段的发射强度普遍较低,且带宽较小,严重限制了红光激光输出功率和效率的进一步提升,制约着高功率红光激光的发展和应用。


    技术实现思路

    1、为了克服现有技术的上述缺点与不足,本发明的目的在于提供一种红光激光增益介质材料,通过在掺钕氧化钇晶体中掺入镧离子,改变钕离子的配位环境,提高了掺钕氧化钇晶体在1.3微米波段的发射强度,有利于产生1.3微米波段激光,再利用倍频实现高功率、高效率红光激光。

    2、本发明的另一目的在于提供上述红光激光增益介质材料的制备方法。

    3、本发明的再一目的在于提供一种激光器。

    4、本发明的目的通过以下技术方案实现:

    5、本发明提供了一种红光激光增益介质材料,其化学式为(ndxlayy1-x-y)2o3,x为钕离子占总阳离子的摩尔百分数,x=0.3%~0.5%;y为镧离子占总阳离子的摩尔百分数,y=6%~15%;

    6、所述红光激光增益介质材料在应用于激光器件时,首先利用0.8微米激光泵浦,产生4f3/2→4i13/2波段激光,通过倍频1.3微米波段激光,产生0.68微米波段红光激光。

    7、优选的,所述的红光激光增益介质材料,其化学式为(ndxlayy1-x-y)2o3,其中x=0.4%~0.5%,y=8%~12%。

    8、优选的,所述的红光激光增益介质材料,化学式为(ndxlayy1-x-y)2o3,其中x=0.5%,y=12%。

    9、优选的,所述的红光激光增益介质材料,1.3微米波段的发射带宽为18纳米。

    10、本发明还提供所述红光激光增益介质材料的制备方法,包括以下步骤:

    11、以氧化钇、氧化钕、氧化镧为原料,按照配比称量,并充分研磨、混合,并在1500~1700℃高温预烧,得到混合料;

    12、采用高温熔体法进行晶体生长,降温至室温,获得钕和镧离子共掺的氧化钇晶体,即红光激光增益介质材料。

    13、优选的,所述高温熔体法为激光加热基座法、提拉法、温梯法中的一种。

    14、优选的,所述晶体生长的化料温度为2400℃~2450℃。

    15、优选的,所述晶体生长的速率为每小时1.5~2.0毫米。

    16、优选的,所述降温至室温,具体为:以1~5℃/小时的速率降至室温。

    17、本发明还提供一种激光器,包括所述的红光激光增益介质材料。

    18、与现有技术相比,本发明具有以下优点和有益效果:

    19、(1)本发明的红光激光增益介质材料,通过在掺钕氧化钇晶体中掺入镧离子,改变钕离子的配位环境,显著提高了掺钕氧化钇晶体在1.3微米波段的发射强度。

    20、(2)本发明的红光激光增益介质材料,通过调控钕、镧离子的掺杂量,可获得1.3微米波段发射强度高、寿命长(近300微秒)的激光增益介质材料,有利于倍频产生高功率、高效率红光激光。

    21、(3)本发明的红光激光增益介质材料,通过调控钕、镧离子的掺杂量,可获得1.3微米波段发射强度高、发射带宽宽(18纳米)的激光增益介质,有利于倍频产生超快红光激光输出。

    22、(4)本发明的激光增益介质材料,通过在掺钕氧化钇晶体中引入少量的镧离子,有效降低晶体熔点,降低单晶的制备难度。



    技术特征:

    1.一种红光激光增益介质材料,其特征在于,其化学式为(ndxlayy1-x-y)2o3,x为钕离子占总阳离子的摩尔百分数,x=0.3%~0.5%;y为镧离子占总阳离子的摩尔百分数,y=6%~15%;

    2.根据权利要求1所述的红光激光增益介质材料,其特征在于,其化学式为(ndxlayy1-x-y)2o3,其中x=0.4%~0.5%,y=8%~12%。

    3.根据权利要求1所述的红光激光增益介质材料,其特征在于,化学式为(ndxlayy1-x-y)2o3,其中x=0.5%,y=12%。

    4.根据权利要求3所述的红光激光增益介质材料,其特征在于,1.3微米波段的发射带宽为18纳米。

    5.权利要求1~4任一项所述红光激光增益介质材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

    6.根据权利要求5所述的红光激光增益介质材料的制备方法,其特征在于,所述高温熔体法为激光加热基座法、提拉法、温梯法中的一种。

    7.根据权利要求5所述的红光激光增益介质材料的制备方法,其特征在于,所述晶体生长的化料温度为2400℃~2450℃。

    8.根据权利要求5所述的红光激光增益介质材料的制备方法,其特征在于,所述晶体生长的速率为每小时1.5~2.0毫米。

    9.根据权利要求5所述的红光激光增益介质材料的制备方法,其特征在于,所述降温至室温,具体为:以1~5℃/小时的速率降至室温。

    10.一种激光器,其特征在于,包括权利要求1~4任一项所述的红光激光增益介质材料。


    技术总结
    本发明公开了一种红光激光增益介质材料,其化学式为(Nd<subgt;x</subgt;La<subgt;y</subgt;Y<subgt;1‑x‑y</subgt;)<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;,x为钕离子占总阳离子的摩尔百分数,x=0.3%~0.5%;y为镧离子占总阳离子的摩尔百分数,y=6%~15%;所述红光激光增益介质材料在应用于激光器件时,首先利用0.8微米激光泵浦,产生<supgt;4</supgt;F<subgt;3/2</subgt;→<supgt;4</supgt;I<subgt;13/2</subgt;波段激光,通过倍频1.3微米波段激光,产生0.68微米波段红光激光。本发明还公开了一种红光激光增益介质材料及其制备方法。本发明提高了掺钕氧化钇晶体在1.3微米波段的发射强度,同时增加了该波段的发射带宽,有利于产生高功率、高效率、超快0.68微米波段红光激光输出。

    技术研发人员:马凤凯,高泉浩,徐愉,陈炳荣,尹浩,李真,陈振强
    受保护的技术使用者:暨南大学
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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