近日，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所激光晶體研究中心在面向2 μm波段激光的新型Tm:CaGdAl3O7晶體生長(zhǎng)和光譜性能研究方面取得新進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)首次生長(zhǎng)出Tm3+摻雜CaGdAl3O7無(wú)序激光晶體，并對(duì)其光譜性能進(jìn)行了詳細(xì)研究，并探討了其在2 μm波段連續(xù)、可調(diào)諧和超短脈沖激光器中的應(yīng)用前景。相關(guān)研究成果以“Growth and spectroscopic properties of a novel Tm:CaGdAl3O7 crystal for ～2 μm laser”為題發(fā)表于Journal of Luminescence。

2 μm波段激光器因在激光醫(yī)學(xué)、遙感、光通信等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用而備受關(guān)注。Tm3+摻雜晶體是實(shí)現(xiàn)～2 μm波段激光輸出的有效增益介質(zhì)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1.吸收波長(zhǎng)與AlGaAs激光二極管匹配；2.受益于3H4+3H6→3F4+3F4的交叉馳豫過(guò)程具有較高的量子效率；3.發(fā)射帶寬很寬，適于寬波長(zhǎng)調(diào)諧激光輸出。同時(shí)無(wú)序晶體的晶體場(chǎng)非均勻加寬機(jī)制可使Tm3+光譜得到進(jìn)一步加寬，特別適合調(diào)諧和超快激光的產(chǎn)生。因此，研究摻Tm3+的無(wú)序激光晶體具有重要意義。

研究團(tuán)隊(duì)采用光學(xué)浮區(qū)法，首次生長(zhǎng)出Tm3+:CaGdAl3O7無(wú)序激光晶體，并分析了其晶體結(jié)構(gòu)和光譜性能。結(jié)果顯示該晶體的具有優(yōu)異的寬帶吸收和寬帶發(fā)射特性。該晶體在788 nm處具有半峰寬（FWHM）約36 nm的寬吸收帶，吸收截面為0.542×10-20 cm2。該晶體在1817 nm處發(fā)射截面為0.439×10-20 cm2，1940 nm處發(fā)射截面為0.388×10-2 cm2，發(fā)射光譜的FWHM 約228 nm，3F4能級(jí)的熒光壽命為4.42 ms。同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)也利用Judd-Ofelt理論對(duì)其光譜參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算分析。以上研究為T(mén)m:CaGdAl3O7晶體在～2 μm波段激光應(yīng)用提供了重要基礎(chǔ)。

圖1. Tm:CaGdAl3O7晶體的發(fā)射截面

該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等項(xiàng)目的支持。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2023.119744