2微米波段新型激光晶体的结构设计与性能研究

2微米波段激光具有对人眼安全和可以被水以及大气中其他气体强烈吸收等特点，在医学、军事、遥感、光通信、材料加工、激光雷达等领域均有重要应用，而且是通过光参量振荡技术获得3～12微米波段激光的理想光源。通过Tm3+离子3F4至3H6或Ho3+离子5I7至5I8能级间跃迁实现固体激光输出是直接获得高光束质量和高性能2微米波段激光的理想途径之一。但由于缺乏具有合适结构组成的基质晶体，2微米波段固体激光的输出性能仍然未能满足许多实际应用的需求。本项目计划系统深入地研究基质晶体结构组成与影响2微米波段激光性能的各种增益和损耗机制之间的关系，获得结构与性能间关系的规律性认识，对基质晶体的关键功能基元进行选择和设计。在此基础上，合成并生长具有合适功能基元的新型2微米波段激光晶体，同时建立理论模型对激活离子浓度和增益介质尺寸进行优化，实现高性能的2微米波段固体激光输出。

2μm波段激光具有对人眼安全和可以被水以及大气中其他气体强烈吸收等特点，在医学、军事、遥感、光通信、材料加工、激光雷达等领域均有重要应用，而且是通过光参量振荡技术获得3～12μm波段激光的理想光源。但由于目前缺乏具有合适结构组成的基质晶体，2μm波段固体激光的输出性能仍然未能满足许多实际应用的需求。我们采用物化性能稳定和易于生长的钨（钼）酸盐晶体作为Tm3+和Ho3+掺杂的基质材料，利用该类晶体具有较大吸收和发射截面及较高荧光量子效率等优点，开展2μm波段固体激光性能的研究。筛选并生长获得了多种新型的大尺寸和高光学质量的Tm3+单掺、Ho3+单掺和Tm3+/Ho3+双掺的钨（钼）酸盐激光晶体，在对其生长工艺、晶体结构、光谱和激光性能开展深入分析和研究的基础上，获得了基质晶体结构组成与影响2μm波段激光性能的各种增益和损耗机制之间的关系规律。同时通过理论模型优化激活离子浓度及晶体厚度，成功实现了2μm波段激光的高效运转。在Li3Ba2La3(WO4)8晶体中首次实现了Tm3+离子在三元钨酸盐晶体中1.9μm波段激光的高效运转（斜效率达到40%）；采用Tm3+:β'-Gd2(MoO4)3晶体作为增益介质，实现了高效率（57%）和宽调谐范围（约100nm）的1.9μm波段激光运转；研制出一体化的Tm3+:NaLa(MoO4)2微片激光器，获得了迄今效率最高（60%）的半导体激光泵浦一体化1.9μm波段晶体微片激光；在Tm3+/Ho3+双掺的钼酸盐激光晶体中也实现了效率达到20%的2.1μm波段激光运转。本项目至今共正式发表SCI收录论文10篇和EI收录论文1篇，申请中国发明专利2项。