Sm∶YAG/Sm∶Y3ScAl4O12單晶光纖的生長及光譜性能

徐 杰,宋青松,劉 堅,丁雨憧,李東振,徐曉東,徐 軍

(1.江蘇師范大學物理與電子工程學院，徐州 221116；2.同濟大學物理科學與工程學院，上海 200092；3.中國電子科技集團第二十六研究所，重慶 400060)

0 引 言

近年來，紅橙光波段激光(590～750 nm)在生物醫學、光學壓力傳感器、激光通信、彩色顯示器、衛星遙感、科學研究和高密度光存儲等領域具有重要應用[1-3]。因此，研究和發展高功率、高效率、性能穩定的紅橙光激光器具有十分廣闊的前景。摻Sm3+激光晶體基于4G5/2→6H7/2能級躍遷，可以發射600 nm附近紅橙光且上能級壽命長，是非常有潛力的紅橙光激光增益介質。隨著InGaN/GaN藍光激光二極管(LD)的快速發展，為LD直接泵浦激光晶體產生紅橙光提供了新的可行途徑。Sm3+最大的吸收峰在405 nm處, 吸收截面達到10-20cm2，非常適合LD直接泵浦。另外，Sm3+摻雜激光晶體的熒光壽命較長，可以達到ms量級。1979年，Kazakov等[4]首次報道了Sm∶TbF3在593 nm泵浦下的激光振蕩。2015年，首次采用藍光半導體泵浦Sm∶LiLuF4晶體獲得了輸出功率為93 mW，斜率效率為15%的紅色激光，同時，在Sm,Mg∶SrAl12O19晶體中實現703 nm處50 mW激光輸出，以及593 nm橙光處10 mW激光輸出[5]。由于紅橙光激光的重要應用，Sm3+摻雜不同基質材料的激光晶體得到迅速發展，如：GGG[6]、LiLuF4[7]、GdVO4[8]、(Lu0.4Gd0.6)2SiO5[9]、Na3La9O3(BO3)8[10]、NdGd(MoO4)2[11]、KY(WO4)2[12]、Ca3(Nb,Ga)5O12[13]、CaGdAlO4[14]和CaNb2O6[15]等。

Y3Al5O12(YAG)晶體具有優異的光學、熱力學、機械性能和化學穩定性，其熱導率高達13.0 W·m-1·K-1，莫氏硬度8.5，透光波段0.28～5.5 μm，是理想的激光基質晶體。但是稀土離子摻雜的YAG晶體相對窄的發射波長范圍，限制了其短脈沖激光的輸出。Y3ScAl4O12由YAG和Y3Sc2Al3O12的固溶體組成[16]。Y3ScAl4O12晶體同樣具有優異的物化性能，它是一種無序結構材料，這就導致了摻雜離子吸收和發射譜帶的非均勻展寬，有利于對泵浦光的吸收以及鎖模和可調諧激光的輸出。……