專利名稱：摻鐿硼酸鑭鈣激光晶體及其制備方法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及人工晶體及其生長領(lǐng)域，尤其是涉及一種作為固態(tài)激光器中的工作物質(zhì)的激光晶體材料。
背景技術(shù)：
激光晶體是固體激光器的工作物質(zhì)，它是指以晶體為基質(zhì)，通過分立的發(fā)光中心吸收泵浦光能量并將其轉(zhuǎn)化為激光輸出的發(fā)光材料。固體激光工作物質(zhì)由基質(zhì)材料和激活離子組成，其各種物理和化學性質(zhì)主要由基質(zhì)材料決定，而其光譜特性和熒光壽命等則由激活離子的能級結(jié)構(gòu)決定。自1960年，研制成功人造紅寶石脈沖激光器以來，迄今為止，已發(fā)現(xiàn)了數(shù)百種激光晶體，但因各種原因，能真正得到實際應(yīng)用的激光晶體只有十來種。
目前，應(yīng)用最廣泛的激光晶體是摻釹離子的釔鋁石榴石(YAG)晶體，其具有較好的各種物理和化學性能，且易于生長出高光學質(zhì)量、大尺寸的優(yōu)質(zhì)晶體。但它存在著吸收譜線窄，不適宜于用LD來進行泵浦的缺點，而LD泵浦將是今后激光泵浦源的發(fā)展方向。
目前國內(nèi)外都在積極尋找各種物理、化學性能和機械性能優(yōu)異，且易于生長出高光學質(zhì)量、大尺寸并適合于LD泵浦的優(yōu)質(zhì)激光晶體材料。鐿離子是能級結(jié)構(gòu)最簡單的離子，其吸收帶寬且與InGaAs LD泵浦源有效耦合，非常適合LD泵浦。相比于釹離子，鐿離子有很多優(yōu)點，如不存在激發(fā)態(tài)吸收和上轉(zhuǎn)換，具有高的熒光壽命和光轉(zhuǎn)換效率等等。因此，近年來鐿離子成為激光晶體激活離子的熱門之選。
摻鐿硼酸鑭鈣激光晶體及其制備方法和用途，其發(fā)明的目的就在于研制一種新的激光晶體，能夠直接使用閃光燈和LD泵浦的，具有較高轉(zhuǎn)換效率的激光晶體材料。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于研制一種新的激光晶體Yb3+:Ca3La2(BO3)4，能夠直接使用閃光燈和LD泵浦的，具有較高轉(zhuǎn)換效率的激光晶體材料。
Yb3+:Ca3La2(BO3)4晶體屬于正交晶系，具有Pnam空間群結(jié)構(gòu)。其中鐿離子是作為摻雜離子，取代鑭離子的晶格位置，鐿的摻雜濃度在0.05at％～10at％之間，熒光壽命(τ)為0.5～1.2ms，其熒光壽命是鐿離子濃度的函數(shù)，可根據(jù)不同的需要摻入不同濃度的鐿離子。實驗結(jié)果表明其可輸出1μm左右波長的激光，可作為激光晶體。
Yb3+:Ca3La2(BO3)4晶體是一種同成分熔化的化合物，是采用提拉法生長出的，按化學反應(yīng)式的比例進行稱樣、混合、壓片，而Yb2O3則按所需濃度加入。所用原料為
其主要生長條件如下生長是在銥坩鍋中、惰性氣體(如N2、Ar等)氣氛下進行，晶體生長的參數(shù)為生長溫度1420℃左右，提升速度為0.5～2.0毫米/小時，晶體轉(zhuǎn)速10～25轉(zhuǎn)/分鐘，生長出了高質(zhì)量的Yb3+:Ca3La2(BO3)4晶體。
將生長出的Yb3+:Ca3La2(BO3)4晶體，在四圓衍射儀上進行了衍射數(shù)據(jù)的收集，結(jié)構(gòu)分析表明，其屬于正交晶系，空間群為Pnam，晶胞參數(shù)為a＝7.242(1)，a＝16.129(1)，c＝8.688(1)，V＝1014.83，密度4.145g/cm3；采用油浸法測得其折射率為1.74。
將生長出的Yb3+:Ca3La2(BO3)4晶體，進行吸收光譜、熒光光譜及熒光壽命等分析測試，結(jié)果表明鐿離子摻雜濃度為5at.％的Yb3+:Ca3La2(BO3)4晶體的主吸收峰在977nm，其半峰寬為9nm，吸收躍遷截面為4.37×10-20cm2，在977nm處較大的半峰寬非常適合于采用InGaAs半導體激光來進行泵浦，有利于激光晶體對泵浦光的吸收，提高泵浦效率。其發(fā)射峰1001nm的半峰寬(FWHM)為63.2nm，熒光壽命為0.84ms，因為熒光壽命長的晶體能在上能級積累更多的粒子，增加了儲能，有利于器件輸出功率和輸出能量的提高。因此，Yb3+:Ca3La2(BO3)4晶體能得到較大的輸出，是一種高轉(zhuǎn)換效率、低成本、高光學質(zhì)量和有實際應(yīng)用前景及使用價值的激光晶體。
Yb3+:Ca3La2(BO3)4晶體可用提拉法非常容易地生長出質(zhì)量優(yōu)良的晶體，生長速度快，晶體質(zhì)地堅硬，具有良好的導熱性能，有優(yōu)良的光學特性，很容易用閃光燈泵浦和LD泵浦獲得激光輸出，激光輸出波長為1μm左右，該晶體可作為一種較好的激光晶體。
具體實施例方式
實施例1提拉法生長摻雜濃度為5.0at.％Yb3+的Yb3+:Ca3La2(BO3)4激光晶體。
將按配比準確稱量好的CaCO3、La2O3、H3BO3、Yb2O3混合研磨均勻，壓片后，放入φ60×40mm3的鉑坩鍋中，在馬弗爐中于800℃固相反應(yīng)12小時；取出后，重新研磨壓片再升溫至1200℃反應(yīng)24小時。將合成好的以上樣品放入銥坩鍋中，采用提拉法，在N2氣氛中，生長溫度為1420℃、晶體轉(zhuǎn)速為15轉(zhuǎn)/分鐘，拉速為1毫米/小時的情況下，生長出了尺寸為25×20×20mm3的高質(zhì)量的Yb3+含量為5.0at.％的Yb3+:Ca3La2(BO3)4晶體。
實施例2提拉法生長摻雜濃度為10.0at.％Yb3+的Yb3+:Ca3La2(BO3)4激光晶體。
將按配比準確稱量好的CaCO3、La2O3、H3BO3、Yb2O3混合研磨均勻，壓片后，放入φ60×40mm3的鉑坩鍋中，在馬弗爐中于800℃固相反應(yīng)12小時；取出后，重新研磨壓片再升溫至1200℃反應(yīng)24小時。將合成好的以上樣品放入銥坩鍋中，采用提拉法，在N2氣氛中，生長溫度為1410℃、晶體轉(zhuǎn)速為10轉(zhuǎn)/分鐘，拉速為1毫米/小時的情況下，生長出了尺寸為30×22×20mm3的高質(zhì)量的Yb3+含量為10.0at.％的Yb3+:Ca3La2(BO3)4晶體。
權(quán)利要求
1.一種摻鐿硼酸鑭鈣激光晶體，其特征在于該晶體的分子式為Yb3+:Ca3La2(BO3)4，屬于正交晶系，空間群為Pnam，晶胞參數(shù)為a＝7.242(1)，b＝16.129(1)，c＝8.688(1)，V＝1014.83，密度4.145g/cm3，折射率1.74。
2.如權(quán)利要求1所述的激光晶體，其特征在于在該晶體中，Yb3+離子作為摻雜離子，取代晶體中La3+離子的晶格位置，其摻雜濃度在0.05at.-10at.％之間。
3.一種權(quán)利要求1的激光晶體的制備方法，其特征在于該晶體采用提拉法生長，以La2O3、CaCO3、H3BO3和Yb2O3為原料，按化學反應(yīng)式的比例稱樣、混合、壓片，而Yb2O3則按所需濃度加入，在銥坩鍋中，惰性氣體氣氛下提拉生長出晶體，晶體生長的參數(shù)為生長溫度1420℃左右，提升速度為0.5～2.0毫米/小時，晶體轉(zhuǎn)速為10～25轉(zhuǎn)/分鐘。
4.一種權(quán)利要求1的激光晶體的用途，其特征在于該晶體用于固體激光器中作為激光工作物質(zhì)，使用閃光燈或激光二極管(LD)作為泵浦源，激發(fā)產(chǎn)生1μm左右波長的激光輸出。
5.一種權(quán)利要求1的激光晶體的用途，其特征在于用該晶體制成的固體激光器用于光譜學、生物醫(yī)學、軍事領(lǐng)域中。
全文摘要
摻鐿硼酸鑭鈣激光晶體及其制備方法和用途涉及一種激光晶體摻鐿硼酸鑭鈣及其制備方法和用途。采用提拉法，在1420℃左右，以10－25轉(zhuǎn)/分鐘的晶體轉(zhuǎn)速，0.5－2毫米/小時的拉速，生長出了高質(zhì)量、較大尺寸的Yb
文檔編號H01S3/16GK1837418SQ200510063990
公開日2006年9月27日 申請日期2005年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月25日
發(fā)明者王國富, 韋波, 林州斌, 胡祖樹 申請人:中國科學院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所