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上海光机所在面向2μm波段的新型激光晶体研究方面取得进展

近日,中国科学院上海光学精密机械研究所激光晶体研究中心在面向2 μm波段激光的新型Tm:CaGdAl3O7晶体生长和光谱性能研究方面取得新进展。研究团队首次生长出Tm3+掺杂CaGdAl3O7无序激光晶体,并对其光谱性能进行了详细研究,并探讨了其在2 μm波段连续、可调谐和超短脉冲激光器中的应用前景。相关研究成果以“Growth and spectroscopic properties of a novel Tm:CaGdAl3O7 crystal for ~2 μm laser”为题发表于Journal of Luminescence。

2 μm波段激光器因在激光医学、遥感、光通信等领域的广泛应用而备受关注。Tm3+掺杂晶体是实现~2 μm波段激光输出的有效增益介质,具有以下优点:

1.吸收波长与AlGaAs激光二极管匹配;

2.受益于3H4+3H6→3F4+3F4的交叉驰豫过程具有较高的量子效率;

3.发射带宽很宽,适于宽波长调谐激光输出。同时无序晶体的晶体场非均匀加宽机制可使Tm3+光谱得到进一步加宽,特别适合调谐和超快激光的产生。因此,研究掺Tm3+的无序激光晶体具有重要意义。

研究团队采用光学浮区法,首次生长出Tm3+:CaGdAl3O7无序激光晶体,并分析了其晶体结构和光谱性能。结果显示该晶体的具有优异的宽带吸收和宽带发射特性。该晶体在788 nm处具有半峰宽(FWHM)约36 nm的宽吸收带,吸收截面为0.542×10-20 cm2。该晶体在1817 nm处发射截面为0.439×10-20 cm2,1940 nm处发射截面为0.388×10-2 cm2,发射光谱的FWHM 约228 nm,3F4能级的荧光寿命为4.42 ms。同时,研究团队也利用Judd-Ofelt理论对其光谱参数进行了计算分析。以上研究为Tm:CaGdAl3O7晶体在~2 μm波段激光应用提供了重要基础。

该工作得到了国家自然科学基金、中科院青年创新促进会等项目的支持。

上海光机所在面向2μm波段的新型激光晶体研究方面取得进展

图1 Tm:CaGdAl3O7晶体的发射截面


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