Cr3+：MgMoO4超快飞秒激光晶体材料的研究

飞秒激光以其特有的超短脉冲、超强峰值功率、宽光谱和聚焦能力强等特点，在众多领域具有广泛的应用，利用晶体材料为激光增益介质产生飞秒光脉冲已迅速成为超短脉冲激光领域内的研究热点.在Cr3+：MgMoO4晶体中，由于Mg2+离子占据两个不同的八面体格位，当Cr3+离子取代Mg2+离子的位置时，也处于两个不同的弱的八面体晶格场，产生双发射中心，因而晶体表现出具有宽的发射谱带和低的荧光寿命。而且该晶体的饱和激光功率密度与钛宝石相当，适合用AlGaInP半导体激光器泵浦，是超快飞秒激光材料的潜在之选。本项目以Cr3+：MgMoO4晶体为研究对象，用助溶剂法生长出大尺寸高光学质量的晶体；研究晶体的光谱性能，通过光谱分析，理论计算等确定最佳的掺杂浓度；开展LD泵浦激光实验，以期实现超快超强飞秒脉冲激光的输出。可望发表3-4篇论文，申请1-2件专利。

随着激光二极管（LD）的发展和人们日益增长的对全固态超快激光器（DPL）的需求，使得探索适合LD泵浦的飞秒激光晶体引起人们的重视。虽然Cr：LiSAF，Cr：LiCAF和Ti3+:Al2O3等晶体已经得到应用，但是它们各自都存在着一些不足之处，例如吸收系数小，对泵浦源的偏振性的强烈敏感、效率低，和调谐范围不够宽以及不能直接用LD进行泵浦等缺点。因此，探索具有更宽可调谐范围的、适合于LD泵浦的、具有自主创新的、新型的超快飞秒激光晶体是一项具有科学意义又有广泛应用前景的研究工作。. 本项目以Cr3+：MgMoO4晶体为研究对象，研究其生长，光谱性能和激光性能。采用顶部籽晶助熔剂法生长出了15×30×18mm3的光学均匀性为10-5的Cr3+:MgMoO4晶体。Cr3+:MgMoO4晶体在600-700nm波长范围内有较强的吸收，在711nm处的吸收跃迁截面为10.64×10-20cm2（E// Nm）；荧光谱的半峰宽为188nm，在峰值963.6nm处的发射跃迁截面为75.12×10-20cm2（E// Ng），荧光寿命为1.54μs；该晶体中Cr3+离子所处晶场强度为1431cm-1，有效声子能量为317cm-1，黄昆-里斯数为5.6。研究表明Cr3+离子取代Mg2+离子的格位处于弱晶体场中。该晶体在711nm处具有较大的吸收截面适合用红光LD作为泵浦源，具有较大的荧光发射截面和较大的可调谐范围，是一种潜在的飞秒激光晶体。对其可调谐激光性能测试的过程中，发现由于Cr3+:MgMoO4晶体的荧光寿命很短，不利于上能级的储能，晶体的阈值很高导致晶体开裂，因而没有得到有效的实验数据，目前对晶体的冷却系统和冷却方式还在进一步改进中。在探索其他飞秒钨钼酸盐激光晶体方面也做了一些尝试性的工作，发现Cr3+：MgWO4晶体具有和Cr3+：MgMoO4晶体类似的光谱性能，但是具有更好的热学性能，对其激光性能测试正在进一步的研究中。发表SCI论文18篇，申请专利3项。