Er3+/Yb3+:Sr3La2(BO3)4晶体的光谱性质

摘要

Er3+离子能级丰富,掺Er3+的激光晶体越来越多地受到人们的关注,其位于1.55μm波段(4I13/24I15/2)的激光对人眼安全,在激光医疗、激光测距、激光通信等领域有着广泛应用.Yb3+离子是一个简单的两能级结构,不存在浓度猝灭效应,Yb3+离子在980nm附近的吸收截面比Er3+离子大一个数量级,且Yb3+的发射(2F5/2→2F7/2)与Er3+的吸收(4I15/2→4I13/2)在光谱上存在很大的重叠,从而使Yb3+到Er3+有很高的能量传递效率,因此,一般通过引入Yb3+离子来敏化Er3+离子以提高对980nm泵浦光的吸收.Sr3I(A)a2(BO3)4晶体(简称LSB晶体)属于正交晶系,空间群为Pnma,单胞参数为a=8.78,b=16.54,c=7.42,z=4,晶体密度为4.78g/cm3.我们采用提拉法生长出尺寸为22mm×45mm的优质Er3+/Yb3+:LSB激光晶体,经ICP测量,晶体中Er3+离子的浓度为0.72×1020cm-3,分凝系数为0.5;Yb3+离子的浓度为4.76×1020cm-3,分凝系数为0.44.测量该晶体的室温偏振吸收光谱发现,977nm附近的吸收带主要是Yb3+离子的吸收,其余吸收带对应Er3+离子的吸收.Yb3+离子在977nm处的吸收截面为1.46×10-20cm2(E//x)、1.00×10-20cm2(E//y)和1.37×10-20cm2(E//z),有较大的半高宽(24nm),位于InGaAs激光二极管的发射范围.利用所测量的偏振吸收谱进行了光谱计算研究,得到了晶体的有效强度参数为:Ω2,eff=11.09×10-20cm2、Ω4,eff=2.09×10-20cm2、Ω6,eff=1.64×10-20cm2;利用强度参数计算出各个能级的振子强度,自发辐射系数,辐射寿命以及荧光分支比.用976nm光源激发测量了Er3+/Yb3+:LSB晶体的偏振荧光谱,结果表明该晶体在1531nm(Er3+:4I13/24I15/2)处有很强的荧光发射峰存在,且该跃迁具有68nm的半高宽.对荧光衰减曲线进行线性拟合,得到了4I13/2)能级的室温荧光寿命为740μs,计算得到4I13/2能级的荧光量子效率为17%,该晶体有望成为1.55μm波段的激光增益介质.