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