新型稀土掺杂的高效抗辐射GYSGG系列中红外激光晶体的结构设计与可控制备

掺Er3+等稀土离子的中红外激光晶体在医学及空间技术等众多领域有着重要的应用。但是由于Er3+等稀土激活离子中红外波段的激光下能级寿命较长，影响了其激光输出效率。此外，空间应用的激光工作物质应具有抗射线辐照的能力。.本项目拟采用稀土离子之间的能级耦合设计，通过共掺与Er3+等稀土激活离子的下能级有相近能级的其它离子的方法，降低Er3+ 等激活离子的激光下能级寿命,提高晶体的中红外激光效率；本项目还将通过晶体微结构基元与抗辐射性能之间关系的研究,获得晶体抗辐射的结构和键链特征，掌握抗辐射的微观机理和规律,为设计和探索新型抗辐射晶体提供参考和依据。并从GYSGG系列中红外激光晶体中探索出1-2个激光性能和抗辐射性能都良好的新晶体，为医学及空间的应用奠定技术基础。

2.7-3μm铒激光在生物医疗、非线性光学及空间军事等领域有重要的应用,因此2.7μm高效抗辐射激光晶体材料的研究有着重要的科学意义和应用价值。在本项目中,我们提出将YSGG的低声子能量与GSGG晶体的抗辐射性相结合,得到混晶GYSGG。用提拉法生长出了优质高光学质量的Er:GYSGG系列晶体,Gamma射线及同步辐射结果表明,其光谱及2.79 µm激光性能几乎没有受到辐射的影响,这种新型GYSGG晶体比YAG、GSGG等具有更优异的抗辐射能力,同时也表明,在GYSGG混晶中有些稀土离子组成的结构键链可形成一定的强抗辐射结构。我们在Er:GYSGG晶体中通过掺入少量的Pr3+或Ho3+作为退激活离子,减小了晶体中Er3+的激光下能级寿命,降低了激光阈值,提高了激光效率,并通过高温热键合复合激光晶体GYSGG/Er,Pr:GYSGG,改善了热透镜效应,提高了激光性能。因此Er:GYSGG系列晶体是一种适用于太空或强辐射环境下应用的新型激光材料,在能级寿命优化及激光稳定性提高等方面值得进一步深入研究。