圖1. Tm:CGYAM晶體熒光發(fā)射譜

近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所先進(jìn)激光與光電功能材料部激光晶體研究中心在新型摻銩無序結(jié)構(gòu)激光晶體研究方面取得進(jìn)展，相關(guān)成果以“Growth, structure and spectroscopic properties investigation on a novel Tm3+-doped disordered Ca(GdxY1-x)Al3O7 hybrid melilite crystal”為題發(fā)表于Journal of Alloys and Compounds。

2 μm波段激光器在光通信、醫(yī)療以及大氣環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。由于Tm3+的3F4→3H6躍遷對應(yīng)于~2 μm處熒光發(fā)射帶，因此Tm3+摻雜激光晶體是實(shí)現(xiàn)~2 μm波段激光輸出的重要增益介質(zhì)。近年來，Tm3+摻雜無序結(jié)構(gòu)激光晶體引起了研究人員的廣泛關(guān)注，無序結(jié)構(gòu)晶體場導(dǎo)致的光譜非均勻展寬使晶體在~2 μm處發(fā)射帶具有相當(dāng)寬的帶寬，很適合應(yīng)用于該波段的調(diào)諧及超快激光輸出。

圖2. Tm:CGYAM晶體Tm3+:3F4能級熒光壽命

圖3. Tm:CGYAM晶體增益截面

研究團(tuán)隊(duì)采用光學(xué)浮區(qū)法，首次成功生長出Tm3+摻雜Ca(GdxY1-x)Al3O7(Tm:CGYAM)無序結(jié)構(gòu)激光晶體，并對其晶體結(jié)構(gòu)與光譜特性開展了研究。晶體中心波長788.5 nm的吸收帶半峰寬(FWHM)為34.5 nm，對應(yīng)吸收截面為0.44 ×10-20 cm2。其在~2 μm處發(fā)射帶呈現(xiàn)雙峰構(gòu)型，峰值1785 nm與1945 nm處發(fā)射截面分別為0.321 ×10-20 cm2和0.324 ×10-20 cm2，整個(gè)發(fā)射帶的FWHM達(dá)317 nm，這是目前已知摻Tm3+晶體中最寬的發(fā)射帶寬。此外，該晶體Tm3+:3F4能級熒光壽命為4.55 ms，其1771-2200 nm波段內(nèi)的增益截面在粒子反轉(zhuǎn)率僅為10%時(shí)即可達(dá)到正值。這些光譜性質(zhì)研究結(jié)果驗(yàn)證了Tm:CGYAM晶體的寬帶吸收、寬帶發(fā)射及寬增益譜等特性，表明了該晶體在~2 μm波段調(diào)諧及超快激光應(yīng)用中的潛力。

上述工作得到了中國科學(xué)院、上海市等項(xiàng)目的支持。

審核編輯 黃宇