上海光机所在面向2μm波段的新型激光晶体研究方面获进展

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。

图1. Tm:CaGdAl3O7晶体的发射截面

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。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2023.119744