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摻釹鉬酸釓鈉激光晶體及其制備方法和用途的制作方法

文檔序號(hào):8198845閱讀:426來源:國(guó)知局
專利名稱:摻釹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)明涉及人工晶體生長(zhǎng)技術(shù)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(jí)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(shí)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(zhǎng)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(diǎn),而LD泵浦將是今后激光泵浦源的發(fā)展方向。
目前國(guó)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(zhǎng)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。釹離子由于具有較好的光譜性能,廣泛地被用作激活離子。

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Nd3+: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。
Nd3+:NaGd(MoO4)2晶體屬于四方晶系,具有I4(1)/a空間群結(jié)構(gòu)。其中釹離子是作為摻雜離子,取代釓離子的晶格位置,釹的摻雜濃度在0.5at.%~15at.%之間,熒光壽命(τ)為0.1~0.2ms,其熒光壽命是釹離子濃度的函數(shù),可根據(jù)不同的需要摻入不同濃度的釹離子。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明其可輸出1060nm和900nm左右波長(zhǎng)的激光,可作為激光晶體。
Nd3+: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(zhǎng)出的,按化學(xué)反應(yīng)式的比例進(jìn)行稱樣、混合、壓片、燒結(jié),而Nd2O3則按所需濃度加入。所用原料為

其主要生長(zhǎng)條件如下生長(zhǎng)是在鉑金坩鍋中、富氧氣氛(如空氣等)下進(jìn)行,晶體生長(zhǎng)的參數(shù)為生長(zhǎng)溫度1182℃左右,提升速度為0.5~1.0毫米/小時(shí),晶體轉(zhuǎn)速10~30轉(zhuǎn)/分鐘,生長(zhǎng)出了高質(zhì)量的Nd3+:NaGd(MoO4)2晶體。
將生長(zhǎng)出的Nd3+: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=3103,Dc=5.36g/cm3。
將生長(zhǎng)出的Nd3+:NaGd(MoO4)2晶體定向后,進(jìn)行偏振吸收光譜、偏振熒光光譜及熒光壽命等的分析測(cè)試,結(jié)果表明摻0.90at.%Nd3+離子的Nd3+:NaGd(MoO4)2晶體的主吸收峰在807nm,半峰寬(FWHM)分別為9nm(π偏振)和17nm(σ偏振),吸收截面為15.19×10-20cm2(π偏振)和3.66×10-20cm2(σ偏振),其在主吸收峰處較大的半峰寬,適合于采用AsGaAl半導(dǎo)體激光來泵浦,有利于激光晶體對(duì)泵浦光的吸收,提高泵浦效率。該晶體在850nm-1400nm波段有三個(gè)非常寬的發(fā)射帶,在1060nm處發(fā)射峰的半峰寬為9.5nm(π偏振)和11.5nm(σ偏振),發(fā)射躍遷截面1.73×10-20cm2(π偏振)和1.94×10-20cm2(σ偏振),熒光壽命為93.9μs,因?yàn)闊晒鈮勖L(zhǎng)的晶體能在上能級(jí)積累更多的粒子,增加了儲(chǔ)能,有利于器件輸出功率和輸出能量的提高。因此,Nd3+: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(shí)際應(yīng)用前景及使用價(jià)值的激光晶體。
Nd3+:NaGd(MoO4)2晶體可用提拉法非常容易地生長(zhǎng)出質(zhì)量?jī)?yōu)良的晶體,生長(zhǎng)速度快;晶體的維氏硬度為360VDH,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(zhǎng)為1060和900nm左右,該晶體可作為一種較好的激光晶體。
具體實(shí)施例方式
提拉法生長(zhǎng)摻雜濃度為1.0at.%Nd3+的Nd3+:NaGd(MoO4)2激光晶體。
將按配比準(zhǔn)確稱量好的Na2CO3、Gd2O3、MoO3、Nd2O3混合研磨均勻,壓片后,放入Ф80×80mm2的剛玉坩鍋中,在馬弗爐中于650℃固相反應(yīng)24小時(shí);取出后,重新研磨壓片再升溫至850℃反應(yīng)24小時(shí)。將合成好的以上樣品放入Ф50×40mm2的鉑金坩鍋中,采用提拉法,在空氣氣氛中,生長(zhǎng)溫度為1182℃,晶體轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/分鐘,拉速為1毫米/小時(shí)的情況下,生長(zhǎng)出了尺寸為Ф21×42mm2的高質(zhì)量的Nd3+:NaGd(MoO4)2晶體。經(jīng)ICP測(cè)試表明晶體中Nd3+離子含量為0.90at.%。
權(quán)利要求
1.一種摻釹鉬酸釓鈉激光晶體,其特征在于該晶體的分子式為Nd3+:NaGd(MoO4)2,Gd3+的摻雜濃度在0.5at.-15at.%之間,該晶體屬于四方晶系,空間群為I4(1)/a,晶胞參數(shù)為a=b=5.21,c=11.41,V=3103,Dc=5.36g/cm3。
2.一種權(quán)利要求1的摻釹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(zhǎng)。
3.如權(quán)利要求2所述的摻釹鉬酸釓鈉激光晶體的制備方法,其特征在于該方法中,晶體生長(zhǎng)的參數(shù)為生長(zhǎng)溫度1182℃左右,提升速度為0.5~1.0毫米/小時(shí),晶體轉(zhuǎn)速為10~30轉(zhuǎn)/分鐘。
4.一種權(quán)利要求1的摻釹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
摻釹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。采用提拉法,在1182℃左右,以10~30轉(zhuǎn)/分鐘的晶體轉(zhuǎn)速,0.5~1毫米/小時(shí)的拉速,生長(zhǎng)出了高質(zhì)量、較大尺寸的Nd
文檔編號(hào)C30B15/00GK1966781SQ200510119539
公開日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2005年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月14日
發(fā)明者王國(guó)富, 李修芝, 林州斌, 張莉珍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所
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