CN102888655B - 中红外激光增益介质双掺杂二价铬与钴离子ⅱ-ⅵ晶体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中红外激光增益介质双掺杂二价铬与钴离子Ⅱ-Ⅵ晶体制备方法，以及基于该晶体构建的激光输出实验装置，属于全固态激光介质领域。本发明激光增益介质双掺杂二价铬与钴离子Ⅱ-Ⅵ晶体制备方法是利用安瓿双端置掺杂物真空热扩散传输法或晶体双面镀掺杂物薄膜真空热扩散传输法制备得到，并利用二价铬与钴双掺杂离子重叠的吸收波长进行泵浦，同时实现两种离子受激激发，从而获得中红外宽谱可调谐激光输出。本发明的激光输出实验装置采用双掺杂二价铬与钴离子Ⅱ-Ⅵ晶体作为激光输出介质，能实现1.6～4.2μm中红外宽谱可调谐的激光输出。

Description

中红外激光增益介质双掺杂二价铬与钴离子Ⅱ-Ⅵ晶体

技术领域

本发明涉及全固态激光增益介质技术，尤其涉及一种中红外宽谱可调谐激光增益介质双掺杂二价铬与钴离子Ⅱ--Ⅵ晶体的制备方法，属于全固态激光介质领域。

背景技术

随着各种光学测试技术的发展，对于用途广泛、价格低廉的中红外激光光源的需求正日益增加。中红外激光器的波长可以覆盖 “分子指纹区”，它有着广泛的用途，包括大气遥感测试、非伤害性医学诊断、激光雷达、石油勘探以及各种诸如目标标定、故障排除和红外线对抗等军事应用。

可以实现中红外波段激光输出的光源主要有：CO₂气体激光器，其输出波长10～12 μm、铅盐异质节激光器其输出波长3～30 μm、量子级联半导体激光器其输出波长大于或等于3.7 μm，或者通过相对复杂的非线性光学转换技术来实现中红外波段激光输出的光源，如差频振荡激光器（DFG）、光参量振荡激光器（OPO）等。但是以上的中红外激光光源都遇到了限制其作为坚固耐用、低成本中红外激光光源使用的基本问题，如CO₂气体激光器设备复杂且巨大，差频振荡激光器与光参量振荡激光器等都需要使用昂贵的光学器件，且也不稳定；铅盐异质节激光器与量子级联半导体激光器的激光输出功率较低。因此，迄今为止，以上所述激光器光源存在的缺陷使之尚不能在诸如遥感测试等高功率的应用中被使用。

与上述激光器光源形成对比的是，基于过渡金属离子（TM²⁺）掺杂的Ⅱ--Ⅵ晶体ZnS、ZnSe、CdS以及CdSe等的全固态激光器正逐渐成为宽谱可调谐、高功率、高稳定性中红外激光光源。对过渡金属离子（TM²⁺），如Cr²⁺、Co²⁺、Fe²⁺掺杂的II-VI晶体的详细研究始于上世纪60年代。过渡金属离子进入半导体后在其能隙中会形成深能级，而且还会出现多重价态，因此早期的研究中将这种杂质离子看作荧光“克星”。这也是尽管过渡金属离子掺杂的II-VI晶体引起了人们相当大的兴趣，但其激光效应却是到上世纪90年代才有报道的原因。在20世纪90年代中期，美国Lawrence Livermore国家实验室的De Loach等人（L.D. DeLoach, R.H. Page, G.D. Wilke, S.A. Payne, W.F. Krupke, Transition metal-doped zinc chalcogenides: Spectroscopy and laser demonstration of a new class of gain media, Journal Name: IEEE Journal of Quantum Electronics; Journal  Volume: 32; Journal Issue: 6; Other Information: PBD: Jun 1996, (1996) Medium: X; Size: pp. 885-895.）最先报道了过渡金属离子掺杂的II-VI晶体研究的突破性进展：他们研究了Cr²⁺、Co²⁺、Ni²⁺和Fe²⁺掺杂的各种锌硫族化合物的吸收与发射特性，认为此类化合物很有希望成为中红外激光介质的潜质，并且基于Cr²⁺:ZnSe和Cr²⁺:ZnS在室温下实现了2.4 μm的激光输出。

常用的II-VI晶体主要有ZnS以及ZnSe。II-VI晶体具有优异的热机械性能，又具有较强的抗热冲击性能和优良的热传导性能，这就为过渡金属离子掺杂II-VI晶体激光器在大功率上的应用提供了必要条件。

至于光谱和激光性能，过渡金属离子掺杂II-VI晶体非常接近于掺钛蓝宝石(Ti-S)激光器。可以预料，类似于掺钛蓝宝石激光器，过渡金属离子掺杂的II-VI晶体将能够通过多种多样的振荡方式发光，并且具有可用InGaAsP或InGaNAs二极管阵列的直接泵浦等优点。Fazzio等人对多重态能级的计算研究以及从实验上对ZnS、ZnSe中掺杂的V²⁺、Cr²⁺、Mn²⁺、Fe²⁺、Co²⁺、Ni²⁺离子的低衰变能级的验证都解释了大部分的研究都集中在Cr²⁺、Co²⁺、Fe²⁺离子的原因。Cr²⁺、Co²⁺、Fe²⁺离子的光谱范围分别是是2～3 μm、2.6～4 μm和3.7～5.2 μm，具有较宽的可调谐范围。这类激光器发出的光源代表了现在最简单、最实惠的中红外激光光源。

尽管对于过渡金属离子掺杂的II-VI激光介质已经有了较为深入的研究，但是利用双掺杂或多掺杂过渡金属离子掺进II-VI晶体以增大激光器可调谐激光增益介质范围的研究却鲜有涉及。

发明内容

本发明的目的是要提供一种中红外宽谱可调谐激光增益介质双掺杂二价铬与钴离子Ⅱ--Ⅵ晶体的制备方法；该双掺杂二价铬与钴离子Ⅱ--Ⅵ晶体是利用安瓿双端置掺杂物真空热扩散传输法，或利用晶体双面镀掺杂物薄膜真空热扩散传输法；再通过二价铬与钴双掺杂离子重叠的吸收波长进行泵浦，可以同时实现两种离子受激激发，从而获得中红外宽谱可调谐激光增益介质-双掺杂二价铬与钴离子Ⅱ--Ⅵ晶体。本发明提供这种新型掺杂晶体完全有望成为理想的宽波段中红外可调谐激光增益介质。

本发明的另一目的是提供一种基于中红外宽谱可调谐激光增益介质双掺杂二价铬与钴离子Ⅱ--Ⅵ晶体构建的激光输出实验装置，该实验装置采用双掺杂二价铬与钴离子Ⅱ--Ⅵ晶体作为激光输出介质，实现1.6～4.2 μm中红外宽光谱波段可调谐的激光输出。

为实现上述目的，本发明是采用以下技术措施构成的技术方案来实现的。

本发明一种中红外激光增益介质双掺杂二价铬与钴离子Ⅱ--Ⅵ晶体的制备方法，其特征在于利用安瓿双端置掺杂物真空热扩散传输法制备双掺杂二价铬与钴离子Ⅱ--Ⅵ晶体，包括以下具体工艺步骤：

（1）将Ⅱ--Ⅵ晶体薄圆片，置于由中间大、两端小的由三截石英管组成的石英安瓿中间，取单质Co粉末与单质Cr粉末分别置于石英安瓿的两端，且Co与Cr两种单质粉末各自与Ⅱ--Ⅵ晶体薄圆片之间的距离相等；

（2）将步骤（1）所述三截石英管组成的石英安瓿利用氢氧焰高温粘合在一起，并将其抽真空为10^-3～10^-5Pa后密封；

（3）将步骤（2）密封好的石英安瓿放置于由多组加热棒加热的高温炉中，在温度为700～1300℃的条件下，热扩散1～15天，即得双掺杂二价铬与钴离子Ⅱ--Ⅵ晶体激光增益介质样品；

（4）最后将步骤（3）掺杂完成的二价铬与钴离子Ⅱ--Ⅵ晶体激光增益介质样品进行抛光、切割，即获得中红外宽谱可调谐激光增益介质双掺杂Cr²⁺,Co²⁺:Ⅱ--Ⅵ晶体。

上述方案中，所述Ⅱ--Ⅵ晶体薄圆片是ZnS、或ZnSe、或ZnTe、或CdS、或CdSe或CdTe晶体薄圆片。

上述方案中，所述的单质钴粉末与单质铬粉末其纯度为99.99%以上；所述Ⅱ--Ⅵ晶体薄圆片其纯度为99.999%以上。

上述方案中，所述掺杂离子的浓度分别为Cr²⁺为1×10¹⁸ cm^-3～1×10²⁰ cm^-3、Co²⁺为1×10¹⁸ cm^-3～1×10²⁰ cm^-3。

本发明一种中红外宽谱可调谐激光增益介质双掺杂二价铬与钴离子Ⅱ--Ⅵ晶体的制备方法，其特征在于利用晶体双面镀铬薄膜和钴薄膜真空热扩散法制备双掺杂二价铬与钴离子Ⅱ--Ⅵ晶体，包括以下具体工艺步骤：

（1）利用溅射法或蒸镀法在Ⅱ--Ⅵ晶体薄圆片的两晶面分别镀上单质Co薄膜与单质Cr薄膜，其两晶面镀薄膜厚度为100～500nm；

（2）将步骤（1）已镀好薄膜的Ⅱ--Ⅵ晶体薄圆片放入石英安瓿中，并将其抽真空为10^-3～10^-5Pa后密封；

（3）将步骤（2）密封好的石英安瓿放置于由多组加热棒加热的高温炉中，在温度为700～1300℃的条件下，热扩散1～15天，即获得双掺杂二价铬与钴离子Ⅱ--Ⅵ晶体激光增益介质样品；

（4）最后将步骤（3）掺杂完成的二价铬与钴离子Ⅱ--Ⅵ晶体激光增益介质样品进 行抛光、切割，即获得中红外宽谱可调谐激光增益介质双掺杂Cr²⁺,Co ²⁺:Ⅱ--Ⅵ晶体。

上述方案中，所述Ⅱ--Ⅵ晶体薄圆片是ZnS、或ZnSe、或ZnTe、或CdS、或CdSe或CdTe晶体薄圆片。

上述方案中，所述单质钴薄膜和单质铬薄膜其纯度均为99.99%以上；所述Ⅱ--Ⅵ晶体薄圆片的纯度为99.999%以上。

上述方案中，所述掺杂离子的浓度分别为Cr²⁺为1×10¹⁸ cm^-3～1×10²⁰ cm^-3、Co²⁺为1×10¹⁸ cm^-3～1×10²⁰ cm^-3。

本发明一种基于中红外宽谱可调谐激光增益介质双掺杂二价铬与钴离子Ⅱ--Ⅵ晶体构建的激光输出实验装置，其特征在于包括激光泵浦源、泵浦光束、密封箱、密封通光孔、输入腔镜、激光增益介质、输出腔镜、输出激光光束；从激光泵浦源输出的泵浦光束通过密封箱的密封通光孔进入输入腔镜，泵浦光束经输入腔镜到达激光增益介质，增益介质产生光转换实现光放大，然后到输出腔镜，经输出腔镜的激光再经密封通光孔输出激光光速。

上述方案中，所述泵浦光束波长为1.4～1.8μm；输出激光光束波长1.6～4.2μm，为使泵浦光束全透过而输出激光全反射，其输入腔镜镀膜；为使输出激光光束90%以上反射，其输出腔镜也镀膜。

本发明所具有的特点及有益的技术效果如下：

本发明利用二价铬与钴离子双掺杂Ⅱ--Ⅵ晶体，获得了理想的中红外宽波段可调谐激光增益介质；其获得方法工艺步骤简单，易于操作与实现；具有中红外宽谱波段可调谐激光增益介质的Cr²⁺和Co²⁺双掺杂Ⅱ-Ⅵ晶体构建的激光输出实验装置，可输出1.6～4.2μm中红外宽谱可调谐激光；从而可大幅度增大激光器可调谐激光增益介质范围。

本发明的基本原理是：利用安瓿双端置掺杂物真空热扩散传输法，或利用晶体双面镀掺杂物薄膜真空热扩散传输法，制备得到Cr²⁺和Co²⁺双掺杂Ⅱ--Ⅵ晶体；再利用二价铬与钴双掺杂离子重叠的吸收波长对增益介质进行泵浦，可以同时实现两种离子受激激发，从而获得1.6～4.2μm中红外宽谱可调谐激光输出。由于提供的1.6～4.2μm中红外宽谱可调谐激光输出的Cr²⁺和Co²⁺双掺杂Ⅱ-Ⅵ晶体激光增益介质，在这种激光介质中，Cr²⁺的⁵E→⁵T₂跃迁吸收波长1.4～1.8 μm与Co²⁺的⁴A ₂(F)→⁴T₁(F) 跃迁吸收波长1.2～2.0 μm有重叠的波段1.4～1.8 μm，因此利用重叠范围内的某一波长，如1.55 μm，进行泵浦就能同时实现两种离子的受激激发；Cr²⁺的荧光光谱范围是1.6～2.8 μm，Co²⁺的荧光光谱为2.6～4.2 μm，从而得到1.6～4.2μm宽光谱可调谐激光输出。掺杂的 Cr²⁺和Co²⁺离子与周围离子之间的相互作用比较强，其电子状态参数与晶体密切相关，不同的晶体导致可调谐激光输出范围也会有不同。具体而言，Cr²⁺，Co²⁺:ZnS可调谐激光输出范围是1.6～3.6 μm，Cr²⁺,Co²⁺:ZnSe为1.8～3.8 μm，Cr²⁺,Co²⁺：CdS是2.0～3.9 μm，Cr²⁺,Co²⁺:CdSe为2.2～4.2μm。

附图说明

图1本发明实施例1和实施例2中利用石英安瓿双端置掺杂物真空热扩散传输法制备中红外宽谱可调谐激光增益介质二价铬与钴离子双掺杂Cr ²⁺,Co²⁺:ZnSe晶体和Cr²⁺,Co²⁺:CdS晶体过程示意图；

图2本发明实施例3和实施例4中通过晶体双面镀掺杂物膜真空热扩散传输法制备中红外宽谱可调谐激光增益介质二价铬与钴离子双掺杂Cr²⁺,Co²⁺:ZnTe晶体和Cr²⁺,Co²⁺:CdTe晶体过程示意图；

图3本发明实施例5基于中红外宽谱可调谐激光增益介质二价铬与钴离子双掺杂Cr²⁺,Co²⁺: ZnSe晶体构建的激光输出实验装置结构示意图。

图中，1 Co粉末，2加热棒，3石英安瓿，4晶体薄圆片，5 Cr粉末，6 Cr薄膜，7 Co薄膜，8 激光泵浦源，9 泵浦光束，10 密封箱，11密封通光孔，12输入腔镜，13激光增益介质，14输出腔镜，15输出激光光束。

具体实施方式

下面结合附图并用具体实施例对本发明作进一步详细说明，但并不意味着是对本发明保护内容的任何限定。

实施例1：

利用安瓿双端置掺杂物真空热扩散传输法制备Cr²⁺,Co²⁺:ZnSe晶体

本实例选择Cr²⁺,Co²⁺: ZnSe作为制备Cr²⁺,Co²⁺: ZnSe晶体的原料，纯度99.99%以上的单质铬粉与钴粉、以及纯度99.999%以上的ZnSe晶体。

本实例中，选择其纯度为99.99%以上的单质Cr粉末5和单质Co粉末1、以及其纯度为99.999%以上的ZnSe晶体薄圆片4作为制备Cr²⁺,Co²⁺:ZnSe双掺杂晶体的原料。

首先将一块ZnSe晶体薄圆片4，其直径2 cm，厚度0.2 cm，置于由中间大、两端小的三截石英管组成的石英安瓿3中间位置，再取单质Co粉末1与单质Cr粉末5，其重量各为0.1 g，分别置于石英安瓿3两端位置，所述石英安瓿3两端的单质Co粉末与单质Cr粉末放置位置分别与石英安瓿3中间的ZnSe晶体薄圆片之间的距离相等，然后利用氢氧焰高温，将三截石英管粘合在一起，并将其抽真空为10^-5 Pa后密封，如图1 所示；将密封好的石英安瓿3放置于由多组加热棒2加热的高温炉中，在温度为700℃的条件下热扩散15天，得双掺杂Cr²⁺,Co²⁺:ZnSe晶体激光增益介质样品，其掺杂离子的浓度分别为Cr²⁺为1×10¹⁸ cm^-3、Co²⁺为1×10¹⁸ cm^-3～1×10¹⁸ cm^-3；最后将掺杂完成的双掺杂Cr²⁺,Co²⁺:ZnSe晶体激光增益介质样品进行抛光，切割，得到质地优良的激光增益介质Cr²⁺,Co²⁺: ZnSe晶体。

实施例2：

利用安瓿双端置掺杂物真空热扩散传输法制备Cr²⁺,Co²⁺:CdS晶体

本实例中，选择其纯度为99.99%以上的单质Cr粉末5和单质Co粉末1、以及纯度为99.999%以上的CdS晶体薄圆片4作为制备Cr²⁺,Co²⁺:CdS双掺杂晶体的原料。

首先将一块CdS晶体薄圆片4，其直径2 cm，厚度0.2 cm，置于由中间大、两端小的三截石英管组成的石英安瓿3中间位置，再取单质Co粉末1与单质Cr粉末5，其重量各为0.3 g，分别置于石英安瓿3两端位置，所述石英安瓿3两端的单质Co粉末与单质Cr粉末放置位置分别与石英安瓿3中间的CdS晶体薄圆片4之间的距离相等，然后利用氢氧焰高温，将三截石英管粘合在一起，并将其抽真空为10^-5 Pa后密封，如图1所示；将密封好的石英安瓿3放置于由多组加热棒2加热的高温炉中，在温度为1300℃的条件下热扩散2天，得双掺杂Cr²⁺,Co²⁺:CdS晶体激光增益介质样品，其掺杂离子的浓度分别为Cr²⁺为1×10²⁰ cm^-3、Co²⁺为1×10¹⁸ cm^-3～1×10²⁰ cm^-3；最后将掺杂完成的双掺杂Cr²⁺,Co²⁺:CdS晶体激光增益介质样品进行抛光，切割，得到质地优良激光增益介质的Cr ²⁺,Co²⁺:CdS晶体。

实施例3：

利用晶体双面镀掺杂物薄膜真空热扩散传输法制备Cr²⁺,Co²⁺:ZnTe晶体

本实例中，选择其纯度为99.99%以上的单质Cr粉末5与单质Co粉末1、以及纯度为99.999%以上的ZnTe晶体薄圆片4作为制备Cr²⁺,Co²⁺:ZnTe双掺杂晶体的原料。

首先利用溅射镀膜方法在直径2 cm，厚度2mm的ZnTe晶体薄圆片4的两晶面分别镀上单质Co薄膜7与Cr薄膜6，镀膜厚度均为100 nm，将已镀膜的ZnTe晶体薄圆片4放入石英安瓿3中，将石英安瓿3抽真空约为10^-5Pa，然后密封，如图2所示；密封完成后的石英安瓿3放置于由多组加热棒2加热的高温炉中，在温度为900℃的条件下热扩散13天，得双掺杂Cr²⁺,Co²⁺:ZnTe晶体激光增益介质样品，其掺杂离子的浓度分别为Cr ²⁺为1×10²⁰ cm^-3、Co²⁺为1×10²⁰ cm^-3；最后将掺杂完成的双掺杂Cr²⁺,Co²⁺:ZnTe晶体激光增益介质样品进行抛光、切割，得到质地优良的激光增益介质Cr²⁺,Co²⁺:ZnTe晶体。

实施例4：

利用晶体双面镀掺杂物薄膜真空热扩散传输法制备Cr²⁺,Co²⁺:CdTe晶体

本实例中，选择纯度为99.99%以上的单质Cr粉末5和单质Co粉末1、以及纯度为99.999%以上的CdTe晶体作为制备Cr²⁺,Co²⁺:CdTe双掺杂晶体的原料。

首先利用蒸镀法在直径2 cm，厚度2mm的CdTe晶体薄圆片4的两晶面分别镀上单质Co薄膜7与Cr薄膜6，镀膜厚度均为500 nm，将已镀薄膜的CdTe晶体薄圆片4放入石英安瓿3中，将石英安瓿3抽真空约为10^-5Pa，然后密封，如图2所示；密封完成后的石英安瓿3放置于由多组加热棒2加热的高温炉中，在温度为1300℃的条件下热扩散1天，得双掺杂Cr ²⁺,Co²⁺:CdTe晶体激光增益介质样品，其掺杂离子的浓度分别为Cr²⁺为1×10²⁰ cm^-3、Co²⁺为1×10²⁰ cm^-3；最后将掺杂完成的双掺杂Cr²⁺,Co²⁺:CdTe晶体激光增益介质样品进行抛光、切割，得到质地优良的激光增益介质Cr²⁺,Co²⁺:CdTe晶体。

本发明一种基于中红外宽谱可调谐激光增益介质双掺杂二价铬与钴离子Ⅱ--Ⅵ晶体构建的激光输出实验装置，如图3所示，包括激光泵浦源8，泵浦光束9，密封箱10，密封通光孔11，输入腔镜12，激光增益介质13，输出腔镜14，输出激光光束15；从激光泵浦源8输出的泵浦光束9通过密封箱10的密封通光孔11进入输入腔镜12，泵浦光束9经输入腔镜12后到达由双掺杂二价铬与钴离子Ⅱ--Ⅵ晶体的激光增益介质13，然后到输出腔镜14，经输出腔镜14的激光再经密封通光孔11输出激光光束15。

实施例5：

本发明将上述制备方法得到的其中之一优质的激光增益介质Cr²⁺,Co²⁺: ZnSe晶体，作为激光输出实验装置中对吸收光谱和发射光谱进行研究；这里确定具体Cr²⁺,Co²⁺: ZnSe晶体的泵浦波长为1.55 μm、Cr²⁺,Co²⁺: ZnSe晶体的发射波长是1.8～3.7 μm。选择平凹腔作为激光谐振腔镜，采用半导体激光器（LD）作为泵浦源进行泵浦，实现1.8～3.7 μm的可调谐中红外激光输出。以输出激光的波长3.2 μm为例，设计出的激光谐振腔系统。如图3所示，激光泵浦源8波长是1.55 μm，输出的泵浦光束9，其输入腔镜12镀膜，对1.55 μm全透过，对3.2 μm波长光全反射，激光增益介质13为Cr²⁺,Co²⁺: ZnSe，其输出腔镜14镀膜，对3.2 μm波长90%反射， 输出激光15其输出波长为3.2 μm。值得注意的是，当输出激光选择输出波长为2.9 μm附近时，处于水的强吸收带，因此激光实验装置中需要排除水气对激光谐振腔的影响，此时可将激光谐振腔置于真空中、或将激光谐振腔充保护气体于密封箱10中即可消除此影响。

Claims (10)

1.一种中红外宽谱可调谐激光增益介质双掺杂二价铬与钴离子Ⅱ-Ⅵ晶体的制备方法，其特征在于利用安瓿双端置掺杂物真空热扩散传输法制备双掺杂二价铬与钴离子Ⅱ-Ⅵ晶体，包括以下具体工艺步骤：

(1)将Ⅱ-Ⅵ晶体薄圆片(4)，置于由中间大、两端小的由三截石英管组成的石英安瓿(3)中间，取单质Co粉末(1)与单质Cr粉末(5)分别置于石英安瓿(3)的两端，且Co与Cr两种单质粉末各自与Ⅱ-Ⅵ晶体薄圆片之间的距离相等；

(2)将步骤(1)所述三截石英管组成的石英安瓿(3)利用氢氧焰高温粘合在一起，并将其抽真空为10^-3～10^-5Pa后密封；

(3)将步骤(2)密封好的石英安瓿(3)放置于由多组加热棒(2)加热的高温炉中，在温度为700～1300℃的条件下，热扩散1～15天，即得双掺杂二价铬与钴离子Ⅱ-Ⅵ晶体激光增益介质样品；

(4)最后将步骤(3)掺杂完成的二价铬与钴离子Ⅱ-Ⅵ晶体激光增益介质样品进行抛光、切割，即获得中红外宽谱可调谐激光增益介质双掺杂Cr²⁺,Co²⁺:Ⅱ-Ⅵ晶体。

2.根据权利要求1所述双掺杂二价铬与钴离子Ⅱ-Ⅵ晶体的制备方法，其特征在于所述Ⅱ-Ⅵ晶体薄圆片(4)是ZnS、或ZnSe、或ZnTe、或CdS、或CdSe或CdTe晶体薄圆片。

3.根据权利要求1所述双掺杂二价铬与钴离子Ⅱ-Ⅵ晶体的制备方法，其特征在于所述的单质钴粉末(1)与单质铬粉末(5)其纯度为99.99％以上；所述Ⅱ-Ⅵ晶体薄圆片(4)其纯度为99.999％以上。

4.根据权利要求1或3所述双掺杂二价铬与钴离子Ⅱ-Ⅵ晶体的制备方法，其特征在于所述掺杂离子的浓度分别为Cr²⁺为1×10¹⁸cm^-3～1×10²⁰cm^-3、Co²⁺为1×10¹⁸cm^-3～1×10²⁰cm^-3。

5.一种中红外宽谱可调谐激光增益介质双掺杂二价铬与钴离子Ⅱ-Ⅵ晶体的制备方法，其特征在于利用晶体双面镀铬薄膜和钴薄膜真空热扩散法制备双掺杂二价铬与钴离子Ⅱ-Ⅵ晶体，包括以下具体工艺步骤：

(1)利用溅射法或蒸镀法在Ⅱ-Ⅵ晶体薄圆片(4)的两晶面分别镀上单质Co薄膜(7)与单质Cr薄膜(6)，其两晶面镀薄膜厚度为100～500nm；

(2)将步骤(1)已镀好薄膜的Ⅱ-Ⅵ晶体薄圆片(4)放入石英安瓿(3)中，并将其抽真空为10^-3～10^-5Pa后密封；

(3)将步骤(2)密封好的石英安瓿(3)放置于高温炉中，在温度为700～1300℃的条件下，热扩散1～15天，即得双掺杂二价铬与钴离子Ⅱ-Ⅵ晶体激光增益介质样品；

(4)最后将步骤(3)掺杂完成的二价铬与钴离子Ⅱ-Ⅵ晶体激光增益介质样品进行抛光、切割，即获得中红外宽谱可调谐激光增益介质双掺杂Cr²⁺,Co²⁺:Ⅱ-Ⅵ晶体。

6.根据权利要求5所述双掺杂二价铬与钴离子Ⅱ-Ⅵ晶体的制备方法，其特征在于所述Ⅱ-Ⅵ晶体薄圆片(4)是ZnS、或ZnSe、或ZnTe、或CdS、或CdSe或CdTe晶体薄圆片。

7.根据权利要求5所述双掺杂二价铬与钴离子Ⅱ-Ⅵ晶体的制备方法，其特征在于所述单质钴薄膜(7)和单质铬薄膜(6)其纯度均为99.99％以上；所述Ⅱ-Ⅵ晶体薄圆片(4)的纯度为99.999％以上。

8.根据权利要求5或7所述双掺杂二价铬与钴离子Ⅱ-Ⅵ晶体的制备方法，其特征在于所述掺杂离子的浓度分别为Cr²⁺为1×10¹⁸cm^-3～1×10²⁰cm^-3、Co²⁺为1×10¹⁸cm^-3～1×10²⁰cm^-3。

9.一种中红外宽谱可调谐激光增益介质双掺杂二价铬与钴离子Ⅱ-Ⅵ晶体构建的激光输出实验装置，其特征在于包括激光泵浦源(8)、泵浦光束(9)、密封箱(10)、密封通光孔(11)、输入腔镜(12)、激光增益介质(13)、输出腔镜(14)、输出激光光束(15)；从激光泵浦源(8)输出的泵浦光束(9)通过密封箱(10)的密封通光孔(11)进入输入腔镜(12)，泵浦光束(9)经输入腔镜(12)到达激光增益介质(13)，然后到输出腔镜(14)，经输出腔镜(14)的激光再经密封通光孔(11)输出激光光束(15)。

10.根据权利要求9所述的激光输出实验装置，其特征在于所述泵浦光束(9)波长为1.4～1.8μm；输出激光光束(15)波长为1.6～4.2μm；输入腔镜(12)和输出腔镜(14)均镀膜。