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铒离子(Er3+)4I11/2能级向4I13/2能级跃迁，可产生中心波长位于2.7μm，发射带宽覆盖2.5-2.9μm的中红外发光。水分子对Er3+基2.8μm激光的吸收强度是Ho3+基2.10μm激光的200倍，是Nd3+基1.06μm激光的10000倍，故Er3+基2.8μm激光可进行精确的软组织切割、切除手术，被誉为口腔医学的“黄金激光”。此外，Er3+基2.8μm激光，也是用于获得3-5μm激光的理想、高效泵浦源。但是，Er3+产生2.8μm激光的上能级寿命远低于下能级，“激光跃迁自终止”。通常需要通过Er3+高浓度掺杂，提高Er3+间的能量传递，或共掺去激活离子，来缩小上、下能级寿命差值，才能实现稳定的连续激光输出，以及进一步提高2.8μm连续激光的性能。 本论文选择低声子能量的氟化钙、氟化锶晶体作为Er3+掺杂基质，开展2.8μm光谱及激光性能的研究。遵循两条研究思路:一、利用Er3+在氟化钙、氟化锶晶体中存在的对稀土离子的“团簇”效应，使Er3+在低浓度掺杂下便得到富集，提高Er3+间的能量传递，抑制“激光跃迁自终止”，在低Er3+掺杂浓度下实现2.8μm连续激光输出;二、研究共掺去激活离子Pr3+的作用，以期提高激光性能。主要研究进展有如下三个方面: 采用坩埚下降法生长了Er∶CaF2系列晶体。研究了Er∶CaF2系列晶体的晶体结构、光谱参数随Er3+浓度的变化规律。该系列晶体2.8μm激光上、下能级寿命差值随Er3+浓度的提高而缩小。通过光谱参数计算光谱品质因子，预测晶体的激光性能。在光谱品质因子最佳的4at.％Er∶CaF2晶体中，通过974nm LD泵浦，实现了最佳的斜效率17.3％，输出功率0.342W的2.79μm连续激光。加入石墨烯可饱和吸收体后，该晶体实现了被动调Q脉冲激光输出，最短脉冲宽度1.32μs，最高脉冲重复频率62.70kHz。 采用坩埚下降法生长了Er,Pr∶CaF2系列晶体。确定了Pr3+的高效去激活作用。在低Er3+浓度的3at.％Er,Pr∶CaF2系列晶体中，极少量(0.03at.％)的Pr3+，即可有效猝灭不利的近红外发光，极大缩小激光上下能级寿命差值（从7ms缩小到1ms）。在974nm LD泵浦下，3at.％Er,0.03at.％Pr∶CaF2晶体的2.79μm连续激光斜效率与输出功率较3at.％Er∶CaF2晶体均提高一倍，达到15.8％，0.268W。同时，该Er,Pr∶CaF2晶体还实现了2.79μm自调Q脉冲激光，最短的脉冲宽度718ns，最高的脉冲重复频率52.63kHz。而在高Er3+浓度的10at.％Er,Pr∶CaF2系列晶体中，Pr3+离子对Er3+离子2.8μm激光上、下能级寿命同时产生强烈的去激活作用，使之均低于1ms，且Er3+离子2.8μm发光强度也被显著猝灭，发射截面减小，不利于实现Er3+离子2.8μm连续激光。 采用坩埚下降法与温度梯度法生长了Er∶SrF2系列晶体。研究了Er∶SrF2系列晶体的晶体结构、光谱参数随Er3+浓度的变化规律。该系列晶体的吸收截面、发射截面均显著高于Er∶CaF2晶体。得益于SrF2晶体更低的声子能量，2.8μm激光上能级寿命显著增加，且相同Er3+浓度下，2.8μm激光上、下能级寿命的差值优于Er∶CaF2晶体。光谱品质因子表明，当Er3+浓度在3at.％附近时，Er∶SrF2晶体具有最佳的光谱性能。得益于SrF2晶体的低声子能量以及对Er3+的团簇效应，低掺杂的1at.％Er∶SrF2晶体，在972nm LD泵浦下，实现了2.8μm连续激光，激光阈值0.123W，斜效率21.9％，最高平均输出功率0.275W。4at.％Er∶SrF2晶体实现了双波长2.8μm连续激光以及被动调Q激光。最佳的2.8μm连续激光由3at.％Er∶SrF2晶体获得，其实现了低阈值0.058W，高斜效率30.7％（已接近斯托克斯效率），高平均输出功率0.614W的2.8μm连续激光。这一斜效率已超过Er∶CaF2晶体与Er∶SrF2晶体已有报道的最高值。3at.％Er∶SrF2晶体也成为了为数不多的几种激光二极管泵浦下斜效率超过30％的2.8μm激光晶体之一。通过调整激光谐振腔，该晶体的最高平均输出功率已突破1W，达到1.05W。