1965年貝爾電話實驗室的L.F.Johnson等人用閃光燈泵浦Yb∶YAG晶體，當時由于高的閾值(325J)和低的轉換效率未引起人們的重 視；1967年，G.Burs等人報道了摻Yb3+離子的LiNbO3和LiTaO3晶體的光譜特性；1971年，A.R.Reinberg等人用 GaAs∶Si LED泵浦Yb∶YAG晶體，在77K溫度下，獲得了1.029μm的脈沖激光輸出，峰值功率達0.7W，從而揭開了摻Yb3+激光晶體的研究序幕。 1976年，G.A.Bogomolova等人將Yb3+作為激活離子摻入到YAG和其它的石榴石結構晶體中。但在這之后的相當長一段時間里，由于缺少更 為有效的泵浦源，摻Yb3+激光晶體僅能在低溫下實現激光運行，因此，對其研究僅限于一些光譜特性的研究，而對激光性能的研究，則幾乎處于停滯狀態。進入 90年代，隨著高強的窄帶泵浦源InGaAs LD(輸出波長為0.87～1.1μm)的發展和成本的降低，摻Yb3+激光晶體的研究風起云涌。尤其是隨著激光二極管作為慣性約束核聚變擇優泵浦源的出 現和摻Yb3+激光材料在通信、軍事上的應用潛力，更將摻Yb3+激光晶體的研究推向了高潮。許多國際著名的研究機構，如美國的利夫莫爾國家實驗室 (LLNL)，林肯實驗室(MIT)，休斯研究實驗室；德國的斯圖加特大學，漢堡大學；英國的南安普敦大學，曼徹斯特大學；瑞士聯邦理工學院；日本的大坂 大學，福田大學等相繼開展了摻Yb3+激光晶體的研究，將其視為發展高效、高功率固體激光器的一個主要途徑，利夫莫爾國家實驗室還希望將其用作慣性約束核 聚變點火裝置中的增益介質。在國內，中科院上海光學精密機械研究所，山東大學等單位也相繼開展了摻Yb3+激光材料的研究。目前，對其光譜和激光性能進行 了較全面研究的當數Yb∶YAG晶體、Yb3+摻雜磷灰石結構晶體和一些具有潛在自倍頻效應的晶體。Yb∶YAG晶體由于具有優良的光學、熱力學和機械性 能，化學穩定性好，可進行較高濃度的摻雜等特點而成為摻Yb3+激光材料中的佼佼者。在Yb∶FAP和Yb∶S-FAP晶體中，由于FAP和S-FAP基 質能給Yb3+離子提供目前其它基質無可比擬的晶場環境而產生最大的晶場分裂能，優異的光譜性能使它具有閾值低，增益大，效率高和成本低等特點。因此，倍 受人們青睞。Yb∶BaCaBO3F晶體由于具有潛在的自倍頻效應而受到人們的關注。 與其它的稀土激活離子相比，Yb3+離子具有如下特點：
摻Yb3+激光晶體的特點
(1)Yb3+為能級結構最簡單的激活離子，電子構型為［Xe］4f13，僅有一個基態2F7/2和一個激發態2F5/2，兩者的能量間隔約為10000cm-1，在晶場作用下，能級產生斯塔克分裂，形成準三能級的激光運行機制；
(2)Yb3+吸收帶在0.9～1.1μm波長范圍，能與InGaAs LD泵浦源有效耦合，且吸收線寬(FWHM)寬，無需嚴格的溫度控制即可獲得相位匹配的LD泵浦源的泵浦波長；
(3)量子缺陷低，泵浦波長與激光輸出波長非常接近，這將導致大的本征激光斜率效率，理論上量子效率高達90%左右；
(4)由于泵浦能級*近激光上能級，無輻射弛豫引起的材料中的熱負荷低，僅為摻Nd3+同種激光材料的三分之一；
(5)不存在激發態吸收和上轉換，光轉換效率高；
(6)熒光壽命長，為摻Nd3+同種激光材料的三倍多，長的熒光壽命有利于儲能；
(7)在Yb3+摻雜濃度較高的情況下(Yb∶YAG晶體中Y3+的原子分數可高達10%以上)，多數晶體不出現濃度猝滅現象。
從上述的特點可以看出：LD泵浦的Yb3+激光器在某些應用上將明顯優于Nd3+激光器。在摻Yb3+激光材料中，由于可實現Yb3+離子的高濃度摻 雜，因此增益介質可做成微片，這是一些傳統的稀土離子所做不到的。這對實現LD泵浦的固體激光器的集成化、小型化和結構緊湊將具有十分重要的意義。
摻Yb3+激光晶體的光譜特性
激活離子在晶體基質中的光譜特性能預測晶體的激光性能，光譜參數是指導激光器件設計的基本參數之一。激光晶體的光譜特性通常用下列參數衡量：吸收截面、 吸收線寬、發射截面、發射線寬、熒光壽命和熒光量子效率等。在摻Yb3+激光晶體的光譜特性研究中，由于Yb3+離子簡單的能級結構特征，人們通常采用倒 易法(Reciprocity Method)計算Yb3+離子的受激發射截面(σem)，用F-L公式(Fuchtbauer-Ladenburg)計算輻射壽命(τem)，并與實測 的熒光壽命進行比較以確定其準確性。
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