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。

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。

图1 Tm：CaGdAl₃O₇晶体的发射截面