專利名稱：雙摻鐿鉺離子鉬酸釓鈉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)明涉及光電子功能材料技術(shù)領(lǐng)域中的人工晶體和晶體生長領(lǐng)域。
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(xué)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(xué)性能，且易于生長出高光學(xué)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(jìn)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(xué)性能和機(jī)械性能優(yōu)異，且易于生長出高光學(xué)質(zhì)量、大尺寸并適合于LD泵浦的優(yōu)質(zhì)激光晶體材料。Er3+離子的能級豐富，發(fā)射波長從可見到近紅外共有九個躍遷通道，其中1.5μm和3.0μm兩個波段的激光發(fā)射分別對應(yīng)4I13/2→4I15/2和4I11/2→4I15/2能級之間的躍遷。1.5μm激光對人眼安全，人體細(xì)胞組織對3.0μm激光強(qiáng)烈吸收，因此以Er3+離子為激活離子的激光晶體在通訊和醫(yī)療等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。但是由于Er3+離子對泵浦光的弱吸收、吸收截面小、激光下能級壽命過長等原因，存在著激光效率低、閾值功率高等缺點，所以為了得到令人滿意的系統(tǒng)效率，通常摻入其他的稀土離子作為敏化劑，以提它的激光輸出效率。在摻Er3+離子的激光材料中摻入Yb3+離子作為敏化劑，Yb3+離子吸收了泵浦光的能量后，將能量轉(zhuǎn)移給Er3+離子，可以達(dá)到提高對泵浦光的吸收效率和降低激光振蕩閾值的目的。而且在600-1000nm區(qū)域Yb3+離子強(qiáng)的吸收譜帶，很容易與商業(yè)化的LD泵浦帶匹配。
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+/Er3+:NaGd(MoO4)2，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+/Er3+:NaGd(MoO4)2晶體屬于四方晶系，具有I4(1)/a空間群結(jié)構(gòu)。其中鉺離子是作為摻雜離子，鐿離子是作為敏化離子，同時取代釓離子的晶格位置。當(dāng)鉺的摻雜濃度為1at.％左右，鐿的摻雜濃度為10at.％左右時，其熒光壽命(τ)為4～5ms。實驗結(jié)果表明其可輸出550nm和1500nm左右波長的激光，可作為激光晶體。
Yb3+/Er3+:NaGd(MoO4)2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(xué)反應(yīng)式Na2CO3+Gd2O3+4MoO3＝2NaGd(MoO4)2+CO2的比例進(jìn)行稱樣、混合、壓片、燒結(jié)，而Er2O3、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鉑金坩鍋中、富氧氣氛(空氣)下進(jìn)行，晶體生長的參數(shù)為生長溫度1173℃，提升速度為0.5～1.0毫米/小時，晶體轉(zhuǎn)速10～30轉(zhuǎn)/分鐘，生長出了高質(zhì)量的Yb3+/Er3+:NaGd(MoO4)2晶體。
將生長出的Yb3+/Er3+:NaGd(MoO4)2晶體，在四圓衍射儀上進(jìn)行了衍射數(shù)據(jù)的收集，結(jié)構(gòu)分析表明，其屬于四方晶系，空間群為I4(1)/a，晶胞參數(shù)為a＝b＝5.21，c＝11.41，V＝3103，Dc＝5.36g/cm3。
將生長出的Yb3+/Er3+:NaGd(MoO4)2晶體進(jìn)行偏振吸收光譜、熒光光譜及熒光壽命等的分析測試，結(jié)果表明摻0.75at.％Er3+和5.52at.％Yb3+的Yb3+/Er3+:NaGd(MoO4)2晶體的主吸收峰在976nm和1501nm處，對于π偏振在1501nm處的吸收系數(shù)為3.10cm-1，對于σ偏振在1501nm處的吸收系數(shù)為2.67cm-1。另外，其在波長550nm和1537nm附近有強(qiáng)的熒光發(fā)射峰，熒光壽命為4.69ms，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+/Er3+:NaGd(MoO4)2晶體能得到較大功率的激光輸出，是一種高轉(zhuǎn)換效率、低成本、高光學(xué)質(zhì)量和有實際應(yīng)用前景及使用價值的激光晶體。
Yb3+/Er3+:NaGd(MoO4)2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；晶體的維氏硬度為334VDH，硬度適中，便于加工；具有良好的導(dǎo)熱性能；有優(yōu)良的光學(xué)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550nm和1500nm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1.0at.％Er3+和10at.％Yb3+的Yb3+/Er3+:NaGd(MoO4)2激光晶體。
將按配比準(zhǔn)確稱量好的Na2CO3、Gd2O3、MoO3、Er2O3、Yb2O3混合研磨均勻，壓片后，放入Φ80×80mm3的剛玉坩鍋中，在馬弗爐中于650℃固相反應(yīng)24小時；取出后，重新研磨壓片再升溫至850℃反應(yīng)24小時。將合成好的以上樣品放入Φ50×40mm3的鉑金坩鍋中，采用提拉法，在空氣氣氛中，生長溫度為1173℃，晶體轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/分鐘，拉速為1毫米/小時的情況下，生長出了尺寸為Φ20×37mm3的高質(zhì)量的Yb3+/Er3+:NaGd(MoO4)2晶體。經(jīng)ICP測試表明晶體中Er3+離子含量為0.75at.％，Yb3+離子含量為5.52at.％。
權(quán)利要求
1.一種雙摻鐿鉺離子鉬酸釓鈉激光晶體，其特征在于該晶體的分子式為Yb3+/Er3+:NaGd(MoO4)2，摻雜濃度分別為Er3+0.1at.-5at.％，Yb3+0.5at.-15at.％，屬于四方晶系，空間群為I4(1)/a，晶胞參數(shù)為a＝b＝5.21，c＝11.41，V＝3103，Dc＝5.36g/cm3。
2.一種權(quán)利要求1的雙摻鐿鉺離子鉬酸釓鈉激光晶體的制備方法，其特征在于該晶體采用提拉法生長。
3.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述的提拉法以Gd2O3、Na2CO3、MoO3、Er2O3和Yb2O3為原料，晶體生長的參數(shù)為生長溫度1173℃左右，提升速度為0.5～1.0毫米/小時，晶體轉(zhuǎn)速為10～30轉(zhuǎn)/分鐘。
4.一種權(quán)利要求1的雙摻鐿鉺離子鉬酸釓鈉激光晶體的用途，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)。
全文摘要
雙摻鐿鉺離子鉬酸釓鈉激光晶體及其制備方法和用途，涉及人工晶體領(lǐng)域，特別是涉及一種激光晶體雙摻鐿鉺離子鉬酸釓鈉(Yb
文檔編號H01S3/16GK101037804SQ200610067569
公開日2007年9月19日 申請日期2006年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月17日
發(fā)明者王國富, 李修芝, 林州斌, 張莉珍 申請人:中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所