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上海硅酸盐所中红外激光晶体研究取得进展

  中红外激光(2~5m)覆盖多个大气传输窗口及众多分子化学键吸收峰指纹区域,在空间光通讯、环境监测、医疗、军事等领域均有重要的应用前景。产生中红外激光的技术众多,其中基于直接泵浦稀土掺杂晶体的中红外激光技术,具有结构简单、可连续输出、光束质量高等优点。直接泵浦铒离子(Er3+)掺杂激光晶体是实现3m波段中红外激光的最重要技术之一。为了解决Er离子3m激光输出通道的下能级(4I13/2)寿命远高于上能级(4I11/2)引起的激光振荡自终止效应,一般采取Er离子高浓度掺杂的方式,其掺杂浓度往往高于30 at%,甚至50 at%。但是,高浓度掺杂会引起激光晶体热导率大幅度下降,以及激光上能级(4I11/2)浓度猝灭增强,从而导致3m波段输出功率受限和激光效率偏低。
中国科学院上海硅酸盐研究所研究员苏良碧课题组,以低声子能量的氟化锶(SrF2)晶体为掺杂基质,利用该晶体特殊的萤石型结构形成的掺杂稀土离子的团簇效应,在Er3+离子极低掺杂浓度下(5 at%)克服3m激光振荡自终止效应,实现了高效率的双波长激光输出。当Er:SrF2晶体中Er3+离子掺杂浓度为4 at%时,3m激光下能级寿命是上能级的1.58倍,小于4 at% Er:CaF2晶体的1.66倍,更低于33 at% Er:YAG晶体的60.4倍,30 at% Er:YSGG晶体的2.62倍,以及15 at% Er:YLF晶体的3.25倍。同时,该晶体的光谱参数品质因子(发射截面与荧光寿命的乘积)为7.4510-20 ms

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