本技術(shù)涉及一種激光晶體材料及其制備方法、應(yīng)用，屬于無(wú)機(jī)功能晶體材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、飛秒激光是20世紀(jì)80年代初迅速發(fā)展起來(lái)的一種超強(qiáng)超快激光技術(shù)，與其它長(zhǎng)脈沖激光以及連續(xù)激光不同，它具有超短脈沖、超高電場(chǎng)和超寬頻譜等特性，是一種實(shí)驗(yàn)室可以實(shí)現(xiàn)的極端物理?xiàng)l件。超短的脈沖持續(xù)時(shí)間只需較小的激光能量(μj)就可以在聚焦點(diǎn)產(chǎn)生極高的瞬間功率，可達(dá)百萬(wàn)億瓦，其聚焦強(qiáng)度比太陽(yáng)輻射到地球上的全部光聚焦成針尖般大小后的能量密度還要高。飛秒激光脈沖能夠產(chǎn)生等離子體，當(dāng)其與物質(zhì)產(chǎn)生相互作用時(shí)可以產(chǎn)生形形色色的基于光與物質(zhì)非線性相互作用的現(xiàn)象，因此飛秒激光技術(shù)已廣泛應(yīng)用于信息、能源、環(huán)境、醫(yī)療、國(guó)防和基礎(chǔ)科學(xué)研究等各個(gè)領(lǐng)域。

2、～1微米紅外波段飛秒激光由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)而受到人們極大的重視，在全固態(tài)激光器、生物醫(yī)療及工業(yè)加工等多個(gè)方面具有重要的應(yīng)用。目前1微米激光的實(shí)現(xiàn)方式大多是通過(guò)半導(dǎo)體激光二極管(ld)泵浦摻y(tǒng)b3+的增益介質(zhì)，直接獲得1微米激光，裝置簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊，激光輸出功率和光光轉(zhuǎn)換效率高?；趽借O(yb3+)增益介質(zhì)的鎖模激光器具有最廣泛的應(yīng)用，常用的yb摻雜晶體包括yb:yag、yb:caf2、yb:cagdalo4、yb:cayalo4等，其發(fā)射光譜寬、量子缺陷少，優(yōu)勢(shì)明顯，但是由于現(xiàn)有激光晶體難以兼顧高功率和短脈寬的不足，因此發(fā)現(xiàn)新型的、且具有超寬帶發(fā)光和超短脈沖等性能的激光晶體依然是全固態(tài)激光領(lǐng)域的熱門(mén)研究方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供了一種激光晶體材料ca3yb2algao9，該激光晶體材料是一種全新的飛秒激光晶體材料。并采用熔體提拉法生長(zhǎng)出該晶體。該激光晶體材料是一種優(yōu)良的激光基質(zhì)晶體，采用939nm泵浦，在950～1070nm波段產(chǎn)生超寬帶熒光發(fā)射，峰值波長(zhǎng)為996nm，該激光晶體材料可用于產(chǎn)生寬波段紅外飛秒激光。

2、根據(jù)本技術(shù)的第一個(gè)方面，提供一種激光晶體材料。

3、一種激光晶體材料，所述激光晶體材料的化學(xué)式為ca3yb2algao9。

4、可選地，所述激光晶體材料屬于單斜晶系，p21/c空間群。

5、可選地，所述激光晶體材料的晶胞參數(shù)為α＝γ＝90°，β＝107～109°，密度為6.14～6.16g·cm-3。

6、具體地，所述激光晶體材料的晶胞參數(shù)為β＝108°，密度為6.15g·cm-3。

7、可選地，，所述激光晶體材料為塊狀；

8、所述激光晶體材料至少有一個(gè)維度的尺寸為35～66mm。

9、可選地，所述激光晶體材料的直徑為25-35mm，長(zhǎng)度為45～66mm。

10、可選地，所述激光晶體材料的吸收光譜中，在900～1025nm波段含有峰值波長(zhǎng)為980nm的寬帶吸收峰。

11、可選地，所述激光晶體材料在939nm泵浦下的熒光光譜中，在950～1070nm波段含有一個(gè)峰值波長(zhǎng)為996nm的寬帶發(fā)射峰。

12、該激光晶體材料的物化性能良好，在空氣中不吸潮、晶體不溶于酸堿。熔點(diǎn)高，機(jī)械強(qiáng)度大、激光損傷閾值高，具有較高的熱導(dǎo)率。

13、根據(jù)本技術(shù)的第二個(gè)方面，提供一種上述所述的激光晶體材料的制備方法。

14、上述所述的激光晶體材料的制備方法，所述制備方法采用熔體提拉法，包括以下步驟：

15、s1、獲取ca3yb2algao9多晶原料棒；

16、s2、將caco3、yb2o3、ga2o3、al2o3原料按化學(xué)計(jì)量比進(jìn)行稱量，研磨混合后壓成塊狀，燒結(jié)，生成多晶料，升溫熔化，將ca3yb2algao9多晶原料棒作為引種的籽晶，晶體在籽晶上結(jié)出之后進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，得到所述激光晶體材料。

17、可選地，通過(guò)熱等靜壓法制得ca3yb2algao9多晶原料棒。

18、可選地，所述ca3yb2algao9多晶原料棒的尺寸為φ6mm×50mm。

19、可選地，caco3、yb2o3、ga2o3和al2o3的摩爾比例為caco3﹕yb2o3﹕ga2o3﹕al2o3＝6:2:1:1。

20、可選地，所述晶體生長(zhǎng)的條件為：

21、提拉速率為0.5～1.8mm/h，籽晶桿的轉(zhuǎn)速為5～12rpm，生長(zhǎng)速率為0.7～1.3mm/h，生長(zhǎng)結(jié)束后將晶體提離液面，以15～65℃/h的速率降至室溫。

22、可選地，caco3、yb2o3、ga2o3和al2o3的純度均為99.999％。

23、可選地，將含有caco3、yb2o3、ga2o3、al2o3的原料按化學(xué)計(jì)量比稱量，放入自制混料機(jī)進(jìn)行濕法混合，在25mpa下壓成塊狀并置于燒結(jié)爐中進(jìn)行1350℃高溫?zé)Y(jié)48h，然后在單晶生長(zhǎng)爐內(nèi)升溫熔化，以ca3yb2algao9多晶原料棒作為引種的籽晶，晶體在籽晶上結(jié)出之后進(jìn)行晶體生長(zhǎng)。

24、作為一種具體的實(shí)施方式，所述激光晶體材料的制備方法至少包括以下步驟：

25、以caco3、yb2o3、ga2o3和al2o3為原料，所述原料中caco3、yb2o3、ga2o3和al2o3的摩爾比例為caco3﹕yb2o3﹕ga2o3﹕al2o3＝6:2:1:1，按各化學(xué)物質(zhì)的摩爾比進(jìn)行稱重和細(xì)致的研磨。將原料caco3、yb2o3、ga2o3和al2o3混合、壓片后，置入晶體生長(zhǎng)爐的銥金坩堝中，抽真空并升溫至1860℃進(jìn)行熔化，然后選擇以熱等靜壓設(shè)備制成的φ6mm×50mm的ca3yb2algao9多晶原料棒作為引種的籽晶進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，生長(zhǎng)條件為：提拉速率為0.5～1.8mm/h，籽晶桿的轉(zhuǎn)動(dòng)速率為5～12rpm，生長(zhǎng)結(jié)束后將晶體提離液面，以15～65℃/h的速率降至室溫，得到所述尺寸為直徑25-35mm、長(zhǎng)度45～66mm的塊體晶體。

26、根據(jù)本技術(shù)的第三個(gè)方面，提供一種上述所述的激光晶體材料在紅外飛秒激光中的應(yīng)用。

27、所述激光晶體材料用于939nm泵浦下實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)位于950～1070nm紅外波段飛秒激光的輸出。

28、根據(jù)本技術(shù)的第四個(gè)方面，提供一種全固態(tài)飛秒激光器。

29、一種全固態(tài)飛秒激光器，所述全固態(tài)飛秒激光器包括上述所述的激光晶體材料。

30、可選地，所述全固態(tài)飛秒激光器還包括ld端面泵浦模塊、光束耦合系統(tǒng)、輸入鏡、折疊鏡、啁啾鏡、sesam輸出鏡；

31、所述光束耦合系統(tǒng)位于ld端面泵浦模塊后；

32、所述輸入鏡位于光束耦合系統(tǒng)后；

33、所述折疊鏡位于輸入鏡后；

34、所述啁啾鏡位于折疊鏡后；

35、所述sesam輸出鏡位于啁啾鏡之后；

36、所述激光晶體材料位于輸入鏡和折疊鏡之間。

37、可選地，所述ld端面泵浦模塊的泵浦源為939nm?ingaas?ld；

38、泵浦方式為端面泵浦，泵浦源為光纖耦合半導(dǎo)體激光器；

39、激光諧振腔為平凹腔，總腔長(zhǎng)為58mm；

40、所述輸入鏡為平面鏡，兩側(cè)鏡面分別渡有939nm增透膜和1035-1060nm高反膜；

41、所述輸出鏡為凹面鏡，曲率半徑為75mm，透過(guò)率為3％。

42、本技術(shù)能產(chǎn)生的有益效果包括：

43、1)本技術(shù)所提供的激光晶體材料ca3yb2algao9，具有超寬帶吸收和發(fā)射性能，該激光晶體材料在939nm泵浦下能夠?qū)崿F(xiàn)波長(zhǎng)位于950～1070nm紅外波段可調(diào)諧飛秒激光輸出。

44、2)本技術(shù)所提供的激光晶體材料ca3yb2algao9，與普通的yb3+摻雜鋁酸鹽如cagdalo4、cayalo4和y3al5o12等晶體相比，具有以下優(yōu)勢(shì)：ca3yb2algao9具有原子無(wú)序分布的結(jié)構(gòu)特征，其吸收截面和半峰寬大，有助于晶體對(duì)泵浦光的吸收，從而增強(qiáng)晶體在～1微米紅外波段的熒光發(fā)射；具有大的發(fā)射截面和半峰寬，以及強(qiáng)熒光發(fā)射，對(duì)于激光輸出是非常有利的，有助于增加飛秒激光發(fā)射功率和效率，有助于壓縮脈寬。