專利名稱：一種銩激活鈮酸鈣新型激光晶體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光晶體材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
1. 8 2 μ m人眼安全波段的激光光源處于大氣最佳透過窗口波段，被認(rèn)為是應(yīng)用于醫(yī)療和人眼安全探測系統(tǒng)的理想光源，在醫(yī)用手術(shù)、激光遠(yuǎn)距離測距、空間光通信、微分吸收激光雷達(dá)等光電對(duì)抗領(lǐng)域具有重要應(yīng)用，還可以應(yīng)用于大氣環(huán)境中一些化合物的監(jiān)測等領(lǐng)域。同時(shí)，該波段激光還是獲得在軍事上具有重要應(yīng)用價(jià)值的3 12 μ m波段激光OPO 系統(tǒng)的理想泵浦源。近些年來，隨著半導(dǎo)體激光器的快速發(fā)展，更高功率的稀土離子摻雜 2 μ m波段激光已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。Tm3+的％ — 3H6的能級(jí)躍遷可以有效地產(chǎn)生1. 8 2 μ m的激光，而其對(duì)應(yīng)于 3H6 — 3F4能級(jí)躍遷的主吸收帶與商業(yè)化的GaAlAs等LD激光二極管的發(fā)射峰可以很好地匹配，并發(fā)生一個(gè)非常有效的交叉弛豫(3H6+3H6 — 3F4+3F4)，其交叉弛豫量子效率接近于2，因此，摻Tm3+固體激光器是近年來1. 8 2 μ m激光器研究的重點(diǎn)方向之一。銩激活鈮酸鈣晶體材料的化學(xué)式為Tm3+ = CaNb2O6，屬于正交晶系I^bcn，晶胞參數(shù)為 a = 14. 92 A, b = 5. 752 A, c = 5. 204 Α, ν = 446. 79 A3, Dx = 4. 785g/cm3。晶體具有良好的物化性能，不溶于強(qiáng)酸強(qiáng)堿，硬度大，具有較高的熱導(dǎo)率和激光損傷閾值，晶體在1560°C 的溫度時(shí)同成分熔化，可以采用提拉法生長大尺寸優(yōu)質(zhì)晶體，晶體 2. Oym波段具有高的透過率，而且晶體具有較低的聲子能量，從圖1，2晶體吸收和發(fā)射光譜圖上可以看到Tm3+離子激活的晶體在SOOnm波段具有較大的吸收截面(約為10_2°Cm2)，在1. 8 2 μ m具有較大的發(fā)射截面(約為10_2°cm2)，因此是1. 8 2 μ mm紅外激光增益介質(zhì)潛在的優(yōu)秀基質(zhì)材料。 目前國內(nèi)外還沒有Tm3+ = CaNb2O6晶體生長及其性能的相關(guān)報(bào)道。目前，在國內(nèi)李玉峰等學(xué)者則采用LD泵浦Tm:GdVO4微片激光器，在1917nm獲得最大輸出功率310mW，斜率效率為22%。姚寶權(quán)等學(xué)者則采用793. 5nmLD泵浦Tm:YAP晶體， 在18°C，在獲得功率為2. 2W的激光輸出，光光轉(zhuǎn)換效率為31 %。從總體上來說，雖然在一些實(shí)驗(yàn)室里已經(jīng)取得較大的技術(shù)突破，但是在商業(yè)化方面，技術(shù)仍遠(yuǎn)未成熟，為此仍有必要開展新型高效激光增益介質(zhì)及其器件的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于公開一種能夠?qū)崿F(xiàn)1. 8 2. Oum波段高效激光輸出的激光晶體材料 jTiH3+ = CaNb2O6t5實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)方案1. 一種銩激活鈮酸鈣新型激光晶體，該晶體材料的化學(xué)式為Tm3+ = CaNb2O6，屬于正交晶系 Pbcn，晶胞參數(shù)為 a = 14. 92 A, b = 5. 752 A, c = 5. 204 Α, ν = 446. 79 A3, Dx = 4. 7^g/cm3。2. 一種項(xiàng)1的激光晶體材料的制備方法，其特征在于采用4N的Tm2O3、與分析純的CaC03、Nb205作為原料，通過高溫固相反應(yīng)獲得Tm3+: CaNb2O6原料，在惰性氣氛下采用提拉法生長晶體。3. 一種項(xiàng)1的激光晶體材料的用途，該材料用于1. 8 2. Oum波段高效激光輸出， 在醫(yī)用手術(shù)、激光遠(yuǎn)距離測距、空間光通信、微分吸收激光雷達(dá)等光電對(duì)抗領(lǐng)域具有重要應(yīng)用，還可以應(yīng)用于大氣環(huán)境中一些化合物的監(jiān)測等領(lǐng)域。


圖1晶體各個(gè)方向的室溫吸收光譜圖。圖2.晶體各個(gè)方向的室溫?zé)晒獍l(fā)射光譜3.激光實(shí)驗(yàn)裝置。1. Tm3+ICaNb2O6激光晶體；2. LD泵浦源；3.諧振腔輸入鏡； 4.諧振腔激光輸出鏡；5.激光能量/功率計(jì)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一 Tm3+:CaNb2O6晶體的生長制備晶體提拉法生長所用的儀器是D幾-400的中頻提拉爐，中頻電源型號(hào)為 KGPF25-0. 3-2. 5。采用Pt/Pt-他的熱電偶和型號(hào)為815EPC的歐路表控溫。所采用的坩堝是Φ55πιπιΧ50πιπι的銥坩堝，所用的原料是4Ν的Tm2O3與分析純的CaC03、Nb2O5作為原料，。 根據(jù)下列化學(xué)反應(yīng)式配制原料Tm203+CaC03+Nb205 — Tm: CaNb206+C02把原料混合均勻，壓成片狀，放進(jìn)鉬坩堝，置入普通燒結(jié)爐中，以150°C /h緩慢升溫至1100°C下恒溫?zé)Y(jié)72h，取出多晶料，進(jìn)行X射線粉末衍射分析，重復(fù)燒結(jié)，直至X射線粉末衍射與標(biāo)準(zhǔn)卡片完全相符為止。把原料裝入Φ55πιπιΧ50πιπι的銥坩堝內(nèi)，為了避免銥坩堝的氧化，首先抽出爐子內(nèi)的空氣，使得爐子內(nèi)的氣壓達(dá)到-0. OlPa，再充入高純還原氣體使得氣壓達(dá)到0. 04MPa，然后升溫到比熔點(diǎn)高50°C的溫度，恒溫1 2小時(shí)，使得原料熔化完全。以鉬銥絲自然成核生長的晶體作為籽晶生長大尺寸的優(yōu)質(zhì)晶體。生長過程中，籽晶桿的提拉速率為1.3 1. 5mm/h,降溫速率為2 10°C /h,籽晶桿的轉(zhuǎn)動(dòng)速率為12 20r. p. m.，生長結(jié)束后將晶體提離液面，以10 30°C /h的速率降至室溫，得到尺寸為Φ 20mmX 50mm的透明晶體，然后在氧氣氣氛下高溫退火以消除氧缺陷。實(shí)施例二 Tm3+:CaNb2O6晶體的激光實(shí)驗(yàn)加工出尺寸為的優(yōu)質(zhì)Tm3+ = CaNb2O6晶體器件，采用SOOnm LD作為泵浦源，進(jìn)行激光實(shí)驗(yàn)。LD泵浦激光實(shí)驗(yàn)裝置如附圖3所示。在激光實(shí)驗(yàn)中，所采用的激光諧振腔長度為 30mm,采用平-平腔鏡，輸入鏡在800nm波段高透，在1. 8 2. Oum波段高反(> 99. 8 % )， 輸出鏡在800nm波段高反，在1. 8 2. Oum波段的透過率為5^-6 ^
權(quán)利要求
1.一種銩激活鈮酸鈣新型激光晶體，該晶體材料的化學(xué)式為Tm3+ = CaNb2O6，屬于正交晶系 Pbcn，晶胞參數(shù)為 a = 14. 92 A, b = 5. 752 A, c = 5. 204 Α,ν = 446. 79 A3, Dx = 4. 785g/3cm 。
2.—種權(quán)利要求1的銩激活鈮酸鈣新型激光晶體的制備方法，其特征在于采用4N的 Tm2O3、與分析純的CaC03、Nb2O5作為原料，通過高溫固相反應(yīng)獲得Tm3+ = CaNb2O6原料，在惰性氣氛下采用提拉法生長晶體。
3.—種權(quán)利要求1的銩激活鈮酸鈣新型激光晶體的用途，其特征在于該晶體用于 1. 8 2. Oum波段高效激光輸出，在醫(yī)用手術(shù)、激光遠(yuǎn)距離測距、空間光通信、微分吸收激光雷達(dá)等光電對(duì)抗領(lǐng)域具有重要應(yīng)用，還可以應(yīng)用于大氣環(huán)境中一些化合物的監(jiān)測等領(lǐng)域。
全文摘要
一種銩激活鈮酸鈣新型激光晶體，涉及激光晶體材料領(lǐng)域。該晶體材料的化學(xué)式為Tm3+:CaNb2O6，屬于正交晶系Pbcn，晶胞參數(shù)為a＝14.92b＝5.752c＝5.204v＝446.79Dx＝4.785g/cm3。采用4N的Tm2O3、與分析純的CaCO3、Nb2O5作為原料，通過高溫固相反應(yīng)獲得Tm3+:CaNb2O6原料，在惰性氣氛下采用提拉法生長晶體。該材料用于1.8～2.0um波段高效激光輸出，在醫(yī)用手術(shù)、激光遠(yuǎn)距離測距、空間光通信、微分吸收激光雷達(dá)等光電對(duì)抗領(lǐng)域具有重要應(yīng)用，還可以應(yīng)用于大氣環(huán)境中一些化合物的監(jiān)測等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01S3/16GK102560667SQ20111026218
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月16日
發(fā)明者曹家鋒, 朱昭捷, 李堅(jiān)富, 涂朝陽, 游振宇, 王燕 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所