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)精密機械研究所先進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

研究團隊采用光學(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，整個發(fā)射帶的FWHM達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%時即可達到正值。這些光譜性質(zhì)研究結(jié)果驗證了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、上海市等項目的支持。

審核編輯 黃宇