低阈值高性能1.5微米波段新型激光晶体研究

1.5微米波段激光因对人眼安全，且位于大气传输窗口、对目标与背景的反差较大等优点，在医学、精密测距、激光雷达及目标识别等民用和军事领域有重要应用价值。以铒为激活离子的固体介质是获得器件紧凑且光束质量高的1.5微米波段激光的最佳途径，目前该波段激光性能最好的是具有高声子能量的铒和镱离子双掺硼酸盐晶体，但该类晶体中激光上能级4I13/2量子效率低，无辐射引起的热损耗高，这将使激光起振阈值偏高并影响激光综合性能。因此，探索以铒离子激光上能级具有高量子效率的低声子能量晶体，实现低阈值高性能1.5微米波段激光运转具有重要意义。本项目拟寻找适合同时掺杂铒、镱和铈离子且热机械性能良好的低声子能量基质晶体，研究镱、铈与铒离子的能量传递机理，通过理论分析和实验研究确定最佳掺杂离子浓度，生长出一至二种高质量的激光晶体，实现低阈值高性能的1.5微米波段激光输出，且综合性能超越目前国际上已有的该波段固体激光水平。

1.5微米波段激光因对人眼安全，且位于大气传输窗口、对目标与背景的反差较大等优点，在医学、精密测距、激光雷达及目标识别等民用和军事领域有重要应用价值。以铒为激活离子的固体介质是获得器件紧凑且光束质量高的1.5微米波段激光的最佳途径，目前实现该波段激光性能最好的是具有高声子能量的铒镱双掺四硼酸铝盐晶体，但该类晶体中激光上能级4I13/2量子效率低，无辐射引起的热损耗高，这将使激光起振阈值偏高并影响激光综合性能。本项目通过以饵、镱和铈离子三掺具有低声子能量的晶体为增益介质，开展1.5微米波段固体激光研究。通过对晶体生长工艺、介质厚度、掺杂离子浓度、光谱和激光性能参数等各个方面的深入分析和研究，总结获得了泵浦光吸收、能量传递、激发态吸收、无辐射跃迁与1.5微米波段激光运转效率之间关系的一些规律性认识。在具有低声子能量的Er:Yb:Ce:NaY(WO4)2晶体中获得了阈值仅为1.6 W和斜率效率为17%的1.5微米波段激光输出。采用周期短、成本低的提拉法生长了Er3+，Yb3+和Ce3+离子高掺具有良好热机械性能和低声子能量的CaGdAlO4晶体，但目前尚未实现激光输出。本项目至今共发表SCI收录论文12篇，申请中国发明专利3项，基本实现了预期的研究目标。