專利名稱：Yb摻雜的鍺酸釓、鍺酸鑭及其熔體法生長方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光材料和晶體生長領(lǐng)域，具體是摻Y(jié)b的鍺酸鑭、摻Y(jié)b鍺酸釓晶體及其熔體法晶體生長方法。
背景技術(shù)：
超短脈沖和可調(diào)諧固體激光器在超快光譜學(xué)、微電子加工、生物醫(yī)療、光鐘、計量、全息、高容量和高速光通訊等眾多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。近年來，隨著GaAs激光二極管(LD)在900～1100nm波段性能的提高，人們對于二極管泵浦的具有高效率、大能量激光體系中的Yb摻雜激光晶體越來越有興趣。這是因為Yb離子是比較理想的適合于二極管泵浦的激光激活離子，它具有最簡單的能級結(jié)構(gòu)，僅有2F7/2和2F5/2兩個多重態(tài)，這使得它沒有激發(fā)態(tài)和可見區(qū)域的吸收，并避免了上轉(zhuǎn)換和馳豫振蕩等激光能量損耗。另外，Yb離子的寬發(fā)射帶允許超短脈沖的產(chǎn)生，吸收和激發(fā)波長之間的較小量子缺陷可產(chǎn)生低的熱負載，從而減少一系列不良后果，比如熱透鏡和熱損傷。但是Yb離子的一個缺點是在大多數(shù)激光工作物質(zhì)中，激光下能級位置較低，有較多的熱布居粒子數(shù)導(dǎo)致激光閾值高，激光效率對熱效應(yīng)非常敏感。為了降低激光工作閾值和提高激光效率，Yb離子需要一個相對較強的晶場，以提高它的基態(tài)2F7/2的Stark能級分裂。因此，晶體結(jié)構(gòu)的低對稱性和替代位置的多樣性對于摻雜Yb的基質(zhì)材料是很必要的。目前研究最多的LD抽運Yb:YAG晶體，連續(xù)激光輸出也已經(jīng)達到數(shù)千瓦的水平。但Yb:YAG發(fā)射寬度比較窄，激光產(chǎn)生在上能級的最低能級到下能級的次高能級的躍遷，閾值比較高，原因是Yb離子在YAG中的晶場較弱，致使2F7/2的能級分裂較小，激光發(fā)射的下能級位置較低。所以尋找Yb離子的發(fā)射帶寬、2F7/2能級分裂大的激光材料是有意義的工作。本發(fā)明的基質(zhì)晶體可使Yb3+的發(fā)射帶增寬，2F7/2的能級分裂增大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供兩種Yb摻雜的鍺酸鹽及其熔體法生長方法，制備Yb2xRE2(1-x)GeO5，其中RE代表稀土離子La、Gd，x的取值范圍為0.0001～1。Yb2xGd2(1-x)GeO5單晶可用作LD泵浦的超短脈沖激光器、可調(diào)諧激光器中的工作物質(zhì)。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下兩種Yb摻雜的鍺酸鹽晶體，其特征在于化合物的分子式表示為Yb2xRE2(1-x)GeO5，其中RE代表稀土離子La、Gd，x的取值范圍為0.0001～1。
所述的兩種Yb摻雜的鍺酸鹽晶體的熔體法生長方法，其特征在于(1)Yb2xRE2(1-x)GeO5晶體生長原料的配料A、當(dāng)RE＝La時，采用Yb2O3、La2O3、GeO2作為原料，按如下化合式進行配料，并充分混合均勻
B、當(dāng)RE＝Gd時，采用Yb2O3、Gd2O3、GeO2作為原料，按如下化合式進行配料，并充分混合均勻
C、以上配方系化學(xué)劑量比配方，由于生成物均是同成分熔融化合物，因此，以上兩種晶體還可以按照同成分配比進行生長，即其配比成分不一定是化學(xué)劑量比。
D、這兩種晶體的原料也可以通過以Yb2O3、La2O3、GeO2、Gd2O3為原料，采用液相的共沉淀法、溶膠凝膠法制備，此種方法可以使原料在分子水平上混合，有利于在較低的溫度下生成多晶原料。
(2)原料的壓制和燒結(jié)需要對(1)中配好的原料進行壓制和燒結(jié)，壓制成形可以提高原料的密度和緊密性。燒結(jié)可以使原料形成多晶，有利于熔化和生長。燒結(jié)溫度在750～1700℃下，燒結(jié)時間為10～24小時。也可以把燒結(jié)過程和生長過程結(jié)合起來，用壓制成形后的原料不經(jīng)燒結(jié)直接生長晶體。
所述的晶體的熔體法生長是指把晶體生長初始原料放入生長坩堝內(nèi)，通過加熱并充分熔化，獲得晶體生長初始熔體；然后采用熔體法晶體生長工藝——提拉法、坩堝下降法、溫梯法或者其它熔體法晶體生長方法進行生長。
所述的兩種Yb摻雜的鍺酸鹽晶體的熔體法生長方法，其特征在于采用籽晶定向生長，籽晶為Yb2xRE2(1-x)GeO5單晶或RE2GeO5單晶，RE＝Gd、La，籽晶方向一般為晶體對稱性最高的方向，以及其它任意確定的方向。
所述的兩種Yb摻雜的鍺酸鹽晶體的熔體法生長方法，其特征在于所述的配料中所用原料Yb2O3、La2O3、Gd2O3、GeO2可采用相應(yīng)的鐿、鑭、釓、鍺的其它化合物代替，但需滿足能通過化學(xué)反應(yīng)能最終形成化合物Yb2xRE2(1-x)GeO5這一條件。
所述的兩種Yb摻雜的鍺酸鹽晶體的熔體法生長方法，其特征在于考慮在晶體生長過程中的分凝效應(yīng)，設(shè)所述Yb2xRE2(1-x)GeO5晶體中某種元素的分凝系數(shù)為k，k＝0.01～1，則當(dāng)所述的(1)步驟中A、B的化合式中該元素的化合物的質(zhì)量為W時，則在配料中應(yīng)調(diào)整為W/k。
Yb2xGd2(1-x)GeO5單晶可用作LD泵浦的超短脈沖激光器、可調(diào)諧激光器中的工作物質(zhì)。本發(fā)明的基質(zhì)晶體可使Yb3+的發(fā)射帶增寬，2F7/2的能級分裂增大。
具體實施例方式
1.本發(fā)明為Yb摻雜鍺酸鑭晶體、Yb摻雜鍺酸釓晶體，發(fā)明化合物的分子式可表示為Yb2xRE2(1-x)GeO5，其中RE代表稀土離子La、Gd，x的取值范圍為0.0001～1。
2、Yb2xRE2(1-x)GeO5晶體的熔體法晶體生長方法(1)、Yb2xRE2(1-x)GeO5晶體生長原料的配料A、當(dāng)RE＝La時，采用Yb2O3、La2O3、GeO2作為原料，按如下化合式進行配料，并充分混合均勻
B、當(dāng)RE＝Gd時，采用Yb2O3、Gd2O3、GeO2作為原料，按如下化合式進行配料，并充分混合均勻
C、以上配方系化學(xué)劑量比配方，由于生成物均是同成分熔融化合物，因此，以上兩種晶體還可以按照同成分配比進行生長，即其配比成分不一定是化學(xué)劑量比。
D、這兩種晶體的原料也可以通過以Yb2O3、La2O3、GeO2、Gd2O3為原料，采用液相的共沉淀法、溶膠凝膠法制備，此種方法可以使原料在分子水平上混合，有利于在較低的溫度下生成多晶原料。
E、所用原料Yb2O3、La2O3、Gd2O3、GeO2可用相應(yīng)的鐿、鑭、釓、鍺的其它化合物來進行配制，例如GeO2原料可用GeCl4來代替，只要通過化合反應(yīng)能最終形成Yb2xRE2(1-x)GeO5化合物即可。
F、如果在晶體生長過程中考慮分凝效應(yīng)，設(shè)晶體中某種元素的分凝系數(shù)為k(k＝0.01～1)，在A、B、C中，配料中含相應(yīng)元素的化合物的質(zhì)量若為W克，則在配料中應(yīng)調(diào)整為W/k克。
(2)、原料的壓制和燒結(jié)需要對(1)中配好的原料進行壓制和燒結(jié)，壓制成形可以提高原料的密度和緊密性。燒結(jié)可以使原料形成多晶，有利于熔化和生長。燒結(jié)溫度在750～1700℃下，燒結(jié)時間為10～24小時。也可以把燒結(jié)過程和生長過程結(jié)合起來，用壓制成形后的原料不經(jīng)燒結(jié)直接生長晶體。
(3)、熔體法生長工藝把制備好的Yb2xRE2(1-x)GeO5晶體生長原料放入生長坩堝內(nèi)，通過加熱并充分熔化，獲得晶體生長初始熔體。然后采用熔體法晶體生長工藝——包括提拉法、坩堝下降法、溫梯法以及其它熔體法生長單晶。對于需使用籽晶定向生長的熔體法生長工藝如提拉法，籽晶為Yb2xRE2(1-x)GeO5單晶或RE2GeO5單晶(RE＝Gd、La)，籽晶方向一般為晶體對稱性最高的方向，以及其它任意確定方向。
權(quán)利要求
1.兩種Yb摻雜的鍺酸鹽晶體，其特征在于化合物的分子式表示為Yb2xRE2(1-x)GeO5，其中RE代表稀土離子La、Gd，x的取值范圍為0.0001～1。
2.如權(quán)利要求1所述的兩種Yb摻雜的鍺酸鹽晶體的熔體法生長方法，其特征在于(1)Yb2xRE2(1-x)GeO5晶體生長原料的配料A、當(dāng)RE＝La時，采用Yb2O3、La2O3、GeO2作為原料，按如下化合式進行配料，并充分混合均勻B、當(dāng)RE＝Gd時，采用Yb2O3、Gd2O3、GeO2作為原料，按如下化合式進行配料，并充分混合均勻C、以上配方系化學(xué)劑量比配方，由于生成物均是同成分熔融化合物，因此，以上兩種晶體還可以按照同成分配比進行生長，即其配比成分不一定是化學(xué)劑量比。D、這兩種晶體的原料也可以通過以Yb2O3、La2O3、GeO2、Gd2O3為原料，采用液相的共沉淀法、溶膠凝膠法制備，此種方法可以使原料在分子水平上混合，有利于在較低的溫度下生成多晶原料。(2)原料的壓制和燒結(jié)需要對(1)中配好的原料進行壓制和燒結(jié)，壓制成形可以提高原料的密度和緊密性。燒結(jié)可以使原料形成多晶，有利于熔化和生長。燒結(jié)溫度在750～1700℃下，燒結(jié)時間為10～24小時。也可以把燒結(jié)過程和生長過程結(jié)合起來，用壓制成形后的原料不經(jīng)燒結(jié)直接生長晶體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的兩種Yb摻雜的鍺酸鹽晶體的熔體法生長方法，其特征在于所述的晶體的熔體法生長是指把晶體生長初始原料放入生長坩堝內(nèi)，通過加熱并充分熔化，獲得晶體生長初始熔體；然后采用熔體法晶體生長工藝——提拉法、坩堝下降法、溫梯法或者其它熔體法晶體生長方法進行生長。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的兩種Yb摻雜的鍺酸鹽晶體的熔體法生長方法，其特征在于采用籽晶定向生長，籽晶為yb2xRE2(1-x)GeO5單晶或RE2GeO5單晶，RE＝Gd、La，籽晶方向一般為晶體對稱性最高的方向，以及其它任意確定的方向。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的兩種Yb摻雜的鍺酸鹽晶體的熔體法生長方法，其特征在于所述的配料中所用原料Yb2O3、La2O3、Gd2O3、GeO2可采用相應(yīng)的鐿、鑭、釓、鍺的其它化合物代替，但需滿足能通過化學(xué)反應(yīng)能最終形成化合物Yb2xRE2(1-x)GeO5這一條件。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的兩種Yb摻雜的鍺酸鹽晶體的熔體法生長方法，其特征在于考慮在晶體生長過程中的分凝效應(yīng)，設(shè)所述Yb2xRE2(1-x)GeO5晶體中某種元素的分凝系數(shù)為k，k＝0.01～1，則當(dāng)所述的(1)步驟中A、B的化合式中該元素的化合物的質(zhì)量為W時，則在配料中應(yīng)調(diào)整為W/k。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種兩種Yb摻雜的鍺酸鹽及其熔體法生長方法，它們的分子式可表為Yb
文檔編號C30B29/32GK101070616SQ20071002330
公開日2007年11月14日 申請日期2007年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月6日
發(fā)明者張慶禮, 殷紹唐, 丁麗華, 劉文鵬, 孫敦陸, 谷長江 申請人:中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機械研究所