磷酸釔系列激光晶體及其制備方法和用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一憐酸錠系列激光晶體及其制備方法和用途，屬于激光晶體材料領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 固體激光器系統(tǒng)由于其結(jié)構(gòu)緊湊、使用方便、激光光束質(zhì)量高、運(yùn)行穩(wěn)定，與其他 激光器相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而受到廣泛的關(guān)注。目前的固體激光器大多采用激光晶體 作為其工作物質(zhì)。激光晶體一般由基質(zhì)晶體和激活離子（過(guò)渡族或稀±離子）兩部分構(gòu)成， 其各種物理和化學(xué)性質(zhì)主要由基質(zhì)材料決定，而其光譜特性和巧光壽命等則由激活離子的 能級(jí)結(jié)構(gòu)決定。雖然迄今已發(fā)現(xiàn)了數(shù)百種激光晶體，但由于各種原因，能真正得到實(shí)際應(yīng)用 的激光晶體只有十來(lái)種。目前，應(yīng)用最廣泛的激光晶體是滲欽離子的錠侶石惱石（YAG)晶 體，其具有較好的各種物理和化學(xué)性能，制備成本低廉。但它存在著吸收譜線窄，不適宜于 用激光二極管（LD)來(lái)進(jìn)行累浦的缺點(diǎn)。饑酸錠（YV04)作為激光基質(zhì)材料幾乎與YAG同時(shí) 出現(xiàn)，它是四方相的錯(cuò)石型結(jié)構(gòu)，具有很好的雙折射性、導(dǎo)熱性、熱脹性等基質(zhì)材料需要的 優(yōu)良特性，特別是其在微型全固態(tài)激光器的LD累浦源的應(yīng)用。YV04晶體曾用烙鹽法、火焰 法、提拉法等生長(zhǎng)，但未能得到高光學(xué)質(zhì)量的晶體，晶體內(nèi)的包裹物缺陷嚴(yán)重。其主要的困 難是烙點(diǎn)高（烙點(diǎn)184(TC )，在生長(zhǎng)過(guò)程中由于組分中的V揮發(fā)變價(jià)，使晶體容易出現(xiàn)包裹 物等晶體缺陷，使晶體的質(zhì)量和成品率難W得到保證。近年來(lái)提拉法雖有突破，可W得到高 光學(xué)質(zhì)量的單晶，但成品率還較低。
[000引憐酸錠腫04)與饑酸錠晶體同構(gòu)，其結(jié)構(gòu)中P原子取代V原子位置。與饑酸錠比 較，憐酸錠晶體透光范圍更寬，并且沒(méi)有因饑元素在高溫下變價(jià)導(dǎo)致的晶體缺陷；因此，憐 酸錠可替代饑酸錠作為優(yōu)異的激光基質(zhì)晶體材料。通常在憐酸錠基質(zhì)晶體滲入激活離子 RE3+形成RE :YP0 4(分子式為Yi xRExP04, RE為S價(jià)過(guò)渡金屬元素化或銅系元素 Ce、Pr、Nd、 Sm、Eu、化、Dy、化、Er、Tm、孔中某一元素或若干元素的組合，X = 0~0. 5)激光晶體，是制 作小型化、高效率、低闊值的二極管累浦激光器的優(yōu)選材料，有望用于半導(dǎo)體累浦激光器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一系列W憐酸錠為基質(zhì)的re:yp〇4激光晶體。
[00化]本發(fā)明的另一目的在于提供RE: YPO擲光晶體的生長(zhǎng)方法，采用高溫烙液法生長(zhǎng) 單晶體。
[0006] 本發(fā)明的再一目的在于提供RE: YP04激光晶體的用途，該類晶體可作為固體激光 器的工作物質(zhì)，被閃光燈、半導(dǎo)體激光或其他光源累浦而輸出固體激光。
[0007] 本發(fā)明所述的一種憐酸錠系列激光晶體，該晶體化學(xué)式為Yi ,REJ04,其中RE為激 活離子，是S價(jià)過(guò)渡金屬元素 Cr W及銅系元素 Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、化、Dy、Ho、Er、時(shí)1、孔中 一種或兩種或S種；0 < X < 0. 5,該類晶體屬于四方晶系，錯(cuò)石型結(jié)構(gòu)，空間群I4i/amd。
[0008] 所述的憐酸錠系列激光晶體的制備方法，其特征在于采用高溫烙液法生長(zhǎng)晶體， 具體操作步驟按下進(jìn)行：
[0009] a、按化學(xué)式Y(jié)i xRExP〇4分別稱取摩爾比的Y 2〇3, NH4H2PO4或P 2〇5, S價(jià)過(guò)渡金屬化 或銅系氧化物RE2O3混合研磨并均勻壓塊，在空氣氣氛下燒結(jié)溫度為900°C -1200°C，保溫 8-24h得到多晶原料；
[0010] b、將步驟a燒結(jié)好的多晶原料與助烙劑W質(zhì)量比1:1-5研磨后置于銷金相蝸中， 裝爐，加熱至溫度l〇〇〇°C -1300°c得混合烙液，恒溫1-50小時(shí)，將烙液降溫至950-1200°C， 在烙液表面下巧晶，W 0-20轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)巧晶，晶體生長(zhǎng)溫度在900°C -1200°C之 間，W 0. 1-rc /天的速率緩慢降溫，晶體生長(zhǎng)周期7-21天；
[0011] C、待單晶生長(zhǎng)到所需尺度后，使晶體脫離烙液液面，W溫度I-IOCTC A的速率降 至室溫，然后緩慢從爐膛中取出，即可獲得憐酸錠系列激光晶體。
[0012] 步驟b中助烙劑為憐酸二氨錠、五氧化二憐、碳酸裡、碳酸鋼、碳酸鐘、棚酸、焦憐 酸鉛、偏憐酸裡、偏憐酸鋼、偏憐酸鐘、焦憐酸裡、焦憐酸鋼、焦憐酸鐘中一種或兩種或=種， 其具體比例和化學(xué)組成根據(jù)不同晶體生長(zhǎng)條件確定。
[0013] 所述的憐酸錠系列激光晶體在制備固體激光器中的用途。
[0014] 本發(fā)明所述的憐酸錠系列激光晶體，該re:yp〇4系列激光晶體，其分子式為 Yi xRExP〇4,其中RE為激活離子，是S價(jià)過(guò)渡金屬元素化W及銅系元素 Ce、Pr、化I、Sm、Eu、 化、Dy、化、Er、Tm、孔中一種或兩種或S種的組合；RE激活離子部分替代晶體基質(zhì)中Y 3+離子 位置，其種類是根據(jù)累浦源、激光腔和應(yīng)用需要等因素確定；X的取值根據(jù)滲雜離子種類和 激光運(yùn)轉(zhuǎn)需要在0 < X < 0. 5之間變化；該類晶體屬于四方晶系，錯(cuò)石型結(jié)構(gòu)，空間群I4i/ amd，其中基質(zhì)晶體YPO4的晶胞參數(shù)為S =位. 8M7 A，C =位. 0276 A，F(xiàn) = 2雖.就;A3, Z = 4 ;滲雜RE:YP04激光晶體的晶胞參數(shù)可能隨RE和X值的變化而有所變化。該類激光晶體 除了過(guò)渡金屬或銅系金屬帶來(lái)的特征譜線外，在150nm至3300nm波段透明。
[0015] 本發(fā)明所述的憐酸錠系列激光晶體制備方法，該方法利用助烙劑法生長(zhǎng)晶體，可 W獲得厘米量級(jí)、高質(zhì)量的re:yp〇4激光晶體材料。
[0016] 本發(fā)明所述的憐酸錠系列激光晶體用途，該RE:YP04系列激光晶體材料具有良好 的光學(xué)、機(jī)械和熱導(dǎo)性能，較高的化學(xué)穩(wěn)定性，而且便于生長(zhǎng)。該類晶體可作為固體激光器 的工作物質(zhì)，被閃光燈、半導(dǎo)體激光或其他光源累浦而輸出固體激光。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1為本發(fā)明激光二極管（LD)累浦的憐酸錠固體激光器的示意圖，其中1為L(zhǎng)D 2 為聚光系統(tǒng)，3為后反射鏡，4為激光工作物質(zhì)，5為輸出禪合鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 實(shí)施例1 :化:YP04激光晶體
[0019] 制備Cr:YP〇4晶體：具體的化學(xué)方程式為：xCr2〇3+(l-x)Yz化巧畑4H2PO4 - 2Yi X化PO 4+2NH3 t +3H 2〇 ；
[0020] 取X = 0. 01，所用原料（分析純）：化2〇3、Y203、NH4H2P04,所用助烙劑為分析純的憐 酸二氨錠、棚酸和碳酸鐘按摩爾比1 : 1 : 2混合；
[0021] 將原料按化學(xué)式分別按摩爾比嚴(yán)格稱量，放入研鉢中混合研磨，并均勻壓塊，裝入 銷金相蝸中，在馬弗爐中溫度1200°C空氣氣氛下燒結(jié)8小時(shí)得到多晶料；
[0022] 然后將多晶料與助烙劑憐酸二氨錠、棚酸和碳酸鐘混合物按質(zhì)量比為1:1混合 均勻后裝入銷金相蝸中，放入晶體生長(zhǎng)爐，升溫至Iiocrc使多晶料烙化，恒溫12小時(shí)得混 合烙液，將烙液降溫至1050°c，在混合烙液表面下巧晶，不旋轉(zhuǎn)巧晶，晶體生長(zhǎng)溫度范圍為 1030°C到1020。W溫度0. 5°C /天的速率緩慢降溫，晶體生長(zhǎng)周期為14天；
[0023] 待單晶生長(zhǎng)到所需尺度后，使晶體脫離烙液液面，W溫度30°C A的速率降至室 溫，然后緩慢從爐膛中取出，即可得到40mmX30mmX30mm的化:YP04晶體，隨后可對(duì)生長(zhǎng)的 晶體進(jìn)行加工、拋光。 W24] 實(shí)施例2:Cr:YP〇4晶體 陽(yáng)0巧]制備Cr: YP04晶體，具體的化學(xué)方程式為：xCr 2〇3+ (I-X) Yz化巧畑4H2PO4 - 2Y1丈巧 〇4+2畑3 t +3H 2〇 ;
[0026] 取X = 0. 02,所用原料（分析純）：化2〇3、Y203、NH4H2P04,助烙劑為分析純的焦