[2019年德国慕尼黑国际电气与电子工程师协会激光与光电子学欧洲会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC)（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年激光与光电子学欧洲会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 一种新型可饱和吸收体：基于Co²⁺:Li(Al,Ga)₅O₈尖晶石纳米晶体的透明玻璃陶瓷

摘要： 嵌入四面体(Td)位点的钴离子(Co2+)以其在1.5微米附近的强吸收特性著称。掺杂Td位点Co2+的尖晶石晶体（如MgAl2O4）被公认为眼安全铒激光器的优异可饱和吸收体(SA)。由于高质量Co:MgAl2O4晶体生长难度较大且尖晶石单晶中Co2+吸收带位置固定，研究者提出了其他掺Co2+材料方案，如基于多种尖晶石结构的透明玻璃陶瓷(GCs)和陶瓷材料[1]。相比晶体，基于玻璃熔融技术的透明GCs具有尺寸可扩展的合成方法和可调的光谱特性，其激光损伤阈值(LIDT)也远高于陶瓷材料。通过添加Ga3+阳离子改性的MgAl2O4尖晶石纳米晶基GCs，可将SA特性延伸至1.7微米[2]。本研究描述了新型Co2+:Li(Al,Ga)5O8纳米晶基透明GCs的合成、结构、光谱特性、非线性性能及被动调Q(PQS)表现。采用TiO2成核的锂镓铝硅酸盐玻璃掺杂0.1 mol% CoO，经680-850℃二次热处理6小时制得高透明蓝色样品(图1a)。XRD、TEM和拉曼光谱证实了纳米级尖晶石晶体的析出(图1b,c)。这些透明GCs因Li(Al,Ga)5O8纳米晶中Td位点Co2+离子的4A2(4F)→4T1(4F)跃迁，在1.3-1.65微米呈现宽带吸收带(图2a)。通过1540 nm纳秒脉冲Z扫描法测试750℃热处理6小时的GC样品，测得饱和能量密度FS为0.50±0.05 J/cm2，LIDT超过20 J/cm2(图2b)。该透明GC制成的SA成功应用于紧凑型二极管泵浦Er,Yb:玻璃激光器的PQS，输出稳定的7.4 ns/1.34 mJ脉冲(1535 nm峰值功率181 kW)。由于GCs中Co2+离子的宽带吸收相比Co:MgAl2O4晶体存在显著红移（源于不同尖晶石纳米相组成），所开发的GC有望成为玻璃及晶体材料基铒激光器（如发射1617 nm和1645 nm的Er:YAG激光器）的优质SA。