專利名稱：摻鐿鈮酸鈣激光晶體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光晶體，特別是一種用于產(chǎn)生lpm波段飛秒激光的慘鐿鈮酸鈣激 光品體及其制備方法，該激光晶體適用于InGaAs激光二極管泵浦。
背景技術(shù)：
飛秒激光在超快時(shí)間分辨光譜、微電子加工、光鐘、計(jì)量、全息、高容量光通 訊等眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前商業(yè)化的飛秒激光器多為鎖模鈦寶石激光器， 但由于鈦寶石的吸收譜位于可見(jiàn)光的范圍，通常采用515nm氬離子激光器或532 nm 的綠光激光器作為泵浦源，使激光器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，限制了更廣泛的應(yīng)用。多年來(lái)人們 一直在追求可以用激光二極管泵浦直接產(chǎn)生飛秒激光輸出的激光材料，并希望研制 成可以提供實(shí)際應(yīng)用的飛秒激光器。
摻鐿(Yb)離子激光材料具有能級(jí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，本征量子缺陷低(<0.1)，輻射量 子效率高，與摻釹(Nd)的介質(zhì)相比，具有更寬的發(fā)射熒光帶寬，適合寬帶調(diào)諧激 光運(yùn)轉(zhuǎn)和超短脈沖激光的產(chǎn)生。
2006年，法國(guó)Y. Zaouter等人報(bào)道在Yb:CaGdA104晶體中實(shí)現(xiàn)激光二極管(以 下簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)D)泵浦的飛秒激光輸出。采用980nm光纖耦合激光二極管泵浦獲得了 脈寬為46fs的鎖模激光輸出。在Yb:CaGdA104晶體中，Yb3+、 Ca"和Gd"的離子半 徑接近，導(dǎo)致離子在晶格位置的無(wú)序分布，從而引起光譜線的非均勻展寬，有利于 超短脈沖激光產(chǎn)生。
在含有二價(jià)堿土金屬的基質(zhì)晶體中，當(dāng)摻入稀土離子時(shí)，稀土離子取代二價(jià)堿 土金屬離子格位，由于電荷補(bǔ)償?shù)挠绊?，晶體中出現(xiàn)部分畸變結(jié)構(gòu)，摻入的稀土離 子和堿土金屬離子的相互位置不固定，晶體中稀土離子具有無(wú)序結(jié)構(gòu)，稀土離子的 吸收和發(fā)射譜線都比較寬，可提高二極管泵浦的激光效率，有利于寬的波長(zhǎng)調(diào)諧和 鎖模脈沖激光的輸出。
鈮酸鈣晶體Ca2Nb207屬于單斜晶系，空間群為P21，是一種非線性光學(xué)品體。 將Yb"參到Ca2Nb207晶體中，該晶體中Yb^無(wú)序結(jié)構(gòu)分布，有可能是一種有前途 的激光晶體，有望實(shí)現(xiàn)飛秒激光輸出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于公開一種新型的摻鐿鈮酸鈣激光晶體及其制備方法，摻鐿鈮 酸鈣激光晶體的分子式為Yb:Ca2Nb207，它是一種能夠采用InGaAs 二極管泵浦的， 實(shí)現(xiàn)lps波段飛秒激光輸出的激光材料。
本發(fā)明的具體實(shí)施方案如下
一種慘鐿鈮酸鈣激光晶體，其分子式為Yb:Ca2Nb207，特征在于其原料配方為
原料摩爾比
Yb203 x
CaC03 2(1-x)
和Nb205, 1
其中x的取值范圍為0.005 0.25。
所述的摻鐿鈮酸鈣激光晶體的制備方法，其特征在于采用熔體法生長(zhǎng) Yb:Ca2Nb207單晶，具體步驟是選定x值后，按摩爾比稱量原料，將原料充分混 合均勻后，在液壓機(jī)上壓制成塊，然后裝入坩堝內(nèi)，采用熔體法生長(zhǎng)Yb:Ca2Nb207單晶體。
采用提拉法生長(zhǎng)Yb:Ca2Nb207晶體，坩堝材料為銥，籽晶采用
方向的 Ca2Nb207單晶棒或Yb:Ca2Nb207單品棒，晶體生長(zhǎng)在高純N2氣氛中進(jìn)行。
采用溫度梯度法生長(zhǎng)Yb:Ca2Nb207晶體，坩堝材料為高純石墨，坩堝底部不放 籽晶，或放入[OOl]方向的Ca2Nb;;07單品棒或Yb:Ca2Nb207單品棒，晶體生長(zhǎng)在高純N2氣氛中進(jìn)行。
本發(fā)明的技術(shù)效果
將采用上述方法生長(zhǎng)的Yb:Ca2Nb207晶體，切割成片，光學(xué)拋光后，在室溫下 測(cè)試其光譜性能，采用Jasco V-570 UV/VIS/NIR分光光度計(jì)測(cè)試吸收光譜。采用 riax550熒光光譜儀測(cè)試紅外發(fā)射光譜，泵浦源采用波長(zhǎng)為980nm的InGaAs激光二 極管。結(jié)果如圖1所示，圖1為Yb:Ca2Nb207晶體的光譜性能，其中900 1000nm 波段的強(qiáng)吸收帶，有利于采用InGaAs激光二極管進(jìn)行泵浦。表明所生長(zhǎng)的 Yb:Ca2Nb207晶體具有大的發(fā)射和較寬的發(fā)射帶寬。本發(fā)明的Yb:Ca2Nb207晶體在 975 nm附近的吸收帶寬為7.5nm，其發(fā)射帶寬高達(dá)57nm，優(yōu)于Yb:YAG (3nm， 10nm)晶體，發(fā)射帶寬與磷酸鹽玻璃相當(dāng)(62nm)。
本發(fā)明的特點(diǎn)是采用提拉法生長(zhǎng)出質(zhì)量?jī)?yōu)良的鐿離子摻雜無(wú)序結(jié)構(gòu) Yb:Ca2Nb207晶體，可以采用商業(yè)化的InGaAs激光二極管作為有效的泵浦光源，實(shí) 現(xiàn)飛秒激光的輸出。


圖1為Yb:Ca2Nb207晶體的非偏振吸收光譜和發(fā)射光譜
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1.
選取x二0.005， 4f-Yb203, CaC03和Nb20s高純?cè)习凑?.005:1.99:1稱量?；?br> 合均勻后在液壓機(jī)上壓制成塊，放于銥坩堝內(nèi)，采用提拉法生長(zhǎng)晶體，籽品采用經(jīng) X射線衍射儀精確定向端面法線方向?yàn)?br> 的Ca2Nb207單品棒，品體生長(zhǎng)在高純 N2氣氛中進(jìn)行，對(duì)所生長(zhǎng)的Yb:Qi2Nb207晶體進(jìn)行光譜性能測(cè)試，結(jié)果如圖1所示， 其中900 1000nm波段的強(qiáng)吸收帶，有利于采用InGaAs激光一.極管進(jìn)行泵浦。表 明所生長(zhǎng)的Yb:Ca2Nb207品體具有大的發(fā)射和較寬的發(fā)射帶寬。本發(fā)明的 Yb:Ca2Nb207晶體在975 nm附近的吸收帶寬為7.5 nm，其發(fā)射帶寬高達(dá)57 nm，優(yōu) 于Yb:YAG (3nm， 10nm)晶體，發(fā)射帶寬與磷酸鹽玻璃相當(dāng)(62nm)。
實(shí)施例2.
選取x = 0.05，將Yb203， CaC03禾n Nb205高純?cè)习茨柋鹊扔?.059:1稱
量?；旌暇鶆蚝笤谝簤簷C(jī)上壓制成塊，放于銥坩堝內(nèi)，采用提拉法生長(zhǎng)晶體，籽晶 采用經(jīng)X射線衍射儀精確定向端面法線方向?yàn)?br> 的Ca2Nb207單晶棒，晶體生長(zhǎng)
在高純N2氣氛中進(jìn)行。
實(shí)施例3.
選取x二O.l，將丫15203， CaC03和Nb205高純?cè)习茨柋鹊扔?.1:1.8:1稱量。
混合均勻后在液壓機(jī)上壓制成塊，放于石墨坩堝內(nèi)，坩堝底部無(wú)籽品。采用溫度梯
度法，在高純N2氣氛中生長(zhǎng)晶體。
實(shí)施例4.
選取x = 0.15，將Yb203， CaC03禾卩Nb205高純?cè)习茨柋鹊扔?.15:1.7:1稱
量。混合均勻后在液壓機(jī)上壓制成塊，放于銥坩堝內(nèi)，采用提拉法生長(zhǎng)晶體，籽晶 采用經(jīng)X射線衍射儀精確定向端面法線方向?yàn)?br> 的Ca2Nb207單晶棒，晶體生長(zhǎng)
在高純N2氣氛中進(jìn)行。
實(shí)施例5.
選取x二0.2，將Yb203， CaC03和Nb205高純?cè)习茨柋鹊扔?.2:1.6:1稱量。
混合均勻后在液壓機(jī)上壓制成塊，放于石墨坩堝內(nèi)，坩堝底部放有經(jīng)X射線衍射儀 精確定向端面法線方向?yàn)?br> 的Ca2Nb207單晶棒。采用溫度梯度法，在高純N2氣 氛中生長(zhǎng)品體。
實(shí)施例6.
選取x = 0.25，將Yb203， CaC03和Nb205高純?cè)习茨柋鹊扔?.25:1.5:1稱
量?；旌暇鶆蚝笤谝簤簷C(jī)上壓制成塊，放于銥坩堝內(nèi)，采用提拉法生長(zhǎng)品體，籽晶采用經(jīng)X射線衍射儀精確定向端面法線方向?yàn)?br> 的Ca2Nb207單晶棒，晶體生長(zhǎng)在高純N2氣氛中進(jìn)行。
上述實(shí)施例都具有相類似的光譜特性。實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明生長(zhǎng)的Yb:Ca2Nb207 品體具有大的發(fā)射和較寬的發(fā)射帶寬，是一種能夠采用InGaAs激光二極管泵浦的， 實(shí)現(xiàn)lps波段飛秒激光輸出的激光材料。
權(quán)利要求
1、一種摻鐿鈮酸鈣激光晶體，其分子式為Yb:Ca2Nb2O7，特征在于其原料配方為原料 摩爾比Yb2O3xCaCO32(1-x)和Nb2O5，1其中x的取值范圍為0.005～0.25。
2、 權(quán)利要求1所述的摻鐿鈮酸鈣激光品體的制備方法，其特征在于采用熔體法 生長(zhǎng)Yb:Ca2Nb207單晶，具體步驟是選定x值后，按摩爾比稱量原料，將原料充 分混合均勻后，在液壓機(jī)上壓制成塊，然后裝入坩堝內(nèi)，采用熔體法生長(zhǎng)Yb:Ca2Nb207單晶體。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的摻鐿鈮酸鈣激光晶體的制備方法，其特征在于所述的 熔體法為提拉法，采用提拉法生長(zhǎng)Yb:Ca2Nb207晶體，坩堝材料為銥，籽晶采用
方向的Ca2Nb207單晶棒或Yb:Ca2Nb207單品棒，晶體生長(zhǎng)在高純N2氣氛中進(jìn)行。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的摻鐿鈮酸鈣激光品體的制備方法，其特征在于所述的 熔體法為溫度梯度法，采用溫度梯度法生長(zhǎng)YkCa2Nb207晶體，坩堝材料為高純石 墨，坩堝底部不放籽品，或放入
方向的Ca2Nb207單品棒或Yb:Ca2Nb207單晶棒，品體生長(zhǎng)在高純N2氣氛中進(jìn)行。
全文摘要
一種摻鐿鈮酸鈣激光晶體及其制備方法，其分子式為Yb:Ca₂Nb₂O₇，原料為Yb₂O₃、CaCO₃和Nb₂O₅，原料的摩爾比等于x∶2(1-x)∶1，其中x的取值范圍為0.005～0.25。該激光晶體采用熔體法生長(zhǎng)單晶，具體步驟是選定x值后，按摩爾比稱量原料，將原料充分混合均勻后，在液壓機(jī)上壓制成塊，然后裝入坩堝內(nèi)，采用熔體法生長(zhǎng)Yb:Ca₂Nb₂O₇單晶體。該激光晶體采用InGaAs激光二極管泵浦，可實(shí)現(xiàn)1μs波段飛秒激光輸出。
文檔編號(hào)H01S3/16GK101174756SQ200710171390
公開日2008年5月7日 申請(qǐng)日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者鋒 吳, 罡 姚, 軍 徐, 徐曉東, 艷 程 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所