国家标准计划《铬铒共掺钇钪镓石榴石晶体光学及激光性能测量方法》由 TC461（全国人工晶体标准化技术委员会）归口 ，主管部门为中国建筑材料联合会。

主要起草单位 中国科学院合肥物质科学研究院 、中电集团第十一研究所 。

钇钪镓石榴石( 分子式为 Y3Sc2Ga3O12，简称 YSGG) 是性能优良的激光工作基质，属于立方晶系，具有优良的力学、热学及光学性能，物化性能稳定。

掺入高浓度的Er3+后，采用氙灯、790nm或970nm附近的LD泵浦，其能级4I11/2至4I13/2的粒子跃迁可产生2.79 μm激光输出，但是单掺的Er:YSGG灯泵效率，共掺入Cr3+可以作为Er3+的敏化离子，提高灯泵浦的效率。

由于 Er3+在YSGG晶体中的分凝系数接近于1，使得 Er3+在晶体中的分布十分均匀，易于获得高光学质量的晶体。

相对于Er:YAG、Er:YSGG具有更低的声子能量，减少了多声子弛豫的几率，从而具有更高的激光效率。

目前，由于2.79 μm激光的水强吸收特性，适合于氙灯泵浦的 Cr,Er:YSGG 晶体激光器已商品化，在医学牙科等领域已经得到了广泛的应用。

此外，2.79 μm激光还可以作为光参量的泵浦源，产生3-5和8-15微米的中远红外激光，在环境监测、国家安全及科学研究等领域有广阔的应用前景。

Cr,Er:YSGG晶体研究及生产始于上世纪70年代，从早期提拉法（Cz）生长制备小尺寸激光样件，到如今能成功制备Φ 80 mm口径的较大尺寸晶体，已实现脉冲、调Q等多种方式的激光运转，形成了若干专利等知识产权。

与Cr,Er:YSGG晶体元件广泛应用的前景相比，其生产行业并不规范，晶体的质量、性能指标，用什么测试平台和什么方式来检测各项光学性能，均没有科学统一的标准，经检索目前尚未发现《铬铒共掺钇钪镓石榴石激光晶体光学性能测量方法》相关行业标准、国家标准以及国际标准。

其次，铬铒共掺钇钪镓石榴石激光晶体元件由于存在镓挥发的影响，制备过程复杂，工艺环节较多，导致晶体元件单体每批次间的差异性较大、性能参差不齐，直接影响实际应用的一致性和重复性。

目前一些生产厂家为了保证产品的性能，各自制订了自己企业的技术规范、产品性能检验标准。

这些标准通常只针对特定单体产品，通用性不强，个别性能参数的数值差异性较大。

为使Cr,Er:YSGG激光晶体元件在实际应用中参数统一、质量稳定，满足不同激光器件对其光学和激光性能的基本要求，特制定《铬铒共掺钇钪镓石榴石晶体光学及激光性能测量方法》标准。

通过本标准的制定，规范铬铒共掺钇钪镓石榴石激光晶体元件相关的术语和定义以及符号、光学及激光性能测试方法（如：散射颗粒、光损耗、消光比、波前畸变、激光特性曲线及光束质量、激光损伤阈值及掺杂离子浓度数据），从而有利于提高产品光学性能测量的通用性、产品一致性及可靠性，同时作为产品使用单位和供货单位商务谈判的依据、产品交付的质量验收依据，并通过标准的推广使用，全面提升Cr,Er:YSGG晶体材料生产、光学及激光性能测试的整个行业技术水平。

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本标准主要规范了铬铒共掺钇钪镓石榴石激光晶体元件相关的术语、定义以及符号；铬铒共掺钇钪镓石榴石激光晶体的光学及激光性能（散射颗粒、光损耗、消光比、波前畸变、激光特性曲线及光束质量、激光损伤阈值及掺杂离子浓度）测试表征技术要求；铬铒共掺钇钪镓石榴石激光晶体光学和激光性能测试报告内容，包括测试基本信息和测试结果。 散射颗粒：采用100 mW的532 nm绿光激光器为光源，将Cr,Er:YSGG激光晶体放置于测试光路中，按GB/T 35118-2017规定的测试步骤，获得Cr,Er:YSGG激光晶体散射颗粒位置及散射颗粒密度。 光损耗系数：晶体的吸收损耗是用晶体在激光工作波段的吸收系数来表示，采用波长2.79 μm的激光作为光源，激光晶体放置在光路前后的激光功率分别为W0和W，则透过率T=W/W0，再通过公式计算损耗系数。 消光比：采用连续1064 nm波长激光为光源的消光比测量仪测量，按照GB/T 11297.12-2012规定的测试步骤，测量Cr,Er:YSGG激光晶体的消光比数据。 波前畸变：采用连续1064 nm波长激光为光源的干涉仪测量，按照干涉仪操作规程，将Cr,Er:YSGG激光晶体放置在测试光路中，按GB/T 11297.1-2002规定的测试步骤，测量Cr,Er:YSGG激光晶体的波前畸变数据。 激光特性曲线及光束质量：本方法是基于爱因斯坦的受激辐射放大原理，激光晶体吸收泵浦光后，能量跃迁到上能级，经过能量传递和辐射跃迁至下能级而产生激光，通过谐振腔实现能量放大和输出，在直角坐标系中以输入能量为横轴，输出能量为纵轴作出激光特性曲线，特性曲线直线部分的延长线与输入能量轴上的交点截距即该棒的脉冲激光阈值，特性曲线直线部分的斜率即为棒的斜率效率。光斑相机装有探测器和转换电路，可以将激光光束转换为光斑图像，通过改变相机位置，改变光斑图像的大小，利用公式可以计算出光束质量因子M2。 激光损伤阈值：通过测量初始激光能量和光斑直径以及Cr,Er:YSGG激光晶体端面损伤后的损伤斑点的直径，再代入公式可得到激光损伤阈值。 掺杂离子浓度：采用电感耦合等离子体发射光谱法测量晶体等径部位上部和底部掺杂离子的质量百分浓度，再根据公式转化为摩尔浓度，上部和底部样品的平均值即为Cr,Er:YSGG激光晶体的掺杂离子浓度值。

国家自然科学基金No:61205173，高效中红外激光晶体Cr,Er,Re: YSGG (Re＝Eu3+, Tb3+)的生长及性能研究