Dy~(3+)激活的LaF_3体系中红外激光晶体的研究

3-5μm的中红外固态激光器由于在大气检测,医学手术,遥感,激光武器等方面的广泛应用而得到了科研人员的关注[1,2]。目前3μm固体激光器的增益介质主要还是稀土离子激活的固体激光材料。Dy~(3+),Er~(3+),Ho~(3+)离子是较为常用的中红外稀土离子。相较于Er~(3+):~4I_(11/2)→~4I_(13/2)和Ho~(3+):~5I_6→~5I_7发射,Dy~(3+):~6H_(13/2)→~6H_(15/2)跃迁具有更大的发射带宽,有利于实现宽调谐的激光输出,且研究较少。由于其激光上下能级接近,具有低声子能量的基质材料有利于降低无辐射跃迁的几率从而提高Dy~(3+)的荧光量子效率。LaF_3晶体在0.13至11μm波段具有较高的透过率,且该晶体声子能量低(?350 cm~(-1)),是一种适合Dy~(3+)离子掺杂的基质晶体。本文通过坩埚下降法生长了一系列Dy~(3+)单掺和Dy~(3+)/Tm~(3+),Dy~(3+)/Nd~(3+)共掺杂的LaF_3晶体,测定了晶体的吸收谱,发射谱和荧光寿命曲线。Dy~(3+):LaF_3晶体在1.1,1.3,1.7μm处具有较强的吸收,有适合的泵源(如1280 nm LD)进行泵浦,峰值波长为2825nm,半高宽为240nm,最大发射截面为0.3×10~(-20)cm~2,荧光寿命为7.03 ms。共掺入Tm~(3+)或Nd~(3+)离子可作为敏化剂提升Dy~(3+)离子在790 nm处的吸收,增强Dy~(3+)的中红外发射。结果表明,Dy~(3+)单掺和Dy~(3+)/Tm~(3+),Dy~(3+)/Nd~(3+)共掺杂的LaF_3晶体有望成为新型的中红外激光晶体材料。