專利名稱：摻釹硼酸氧鈣釓鑭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(zhǎng)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釓鋁石榴石(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、大尺寸的優(yōu)質(zhì)激光晶體材料，而且該晶體要適合于LD泵浦。自倍頻激光晶體一直是晶體學(xué)中研究的熱點(diǎn)，因?yàn)樗す饩w與非線性光學(xué)晶體功能于一身，有利于短波長(zhǎng)激光的輸出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于研制一種具有較高轉(zhuǎn)換效率的能夠直接使用閃光燈和LD泵浦的新的自倍頻激光晶體材料摻釹硼酸氧鈣釓鑭Nd3+:Gd1-xLaxCa4O(BO3)3(x＜0.5)，通過自倍頻或者自混頻等手段能獲得藍(lán)綠色激光輸出。
Nd3+:GdxLa1-xCa4O(BO3)3晶體屬于單斜晶系，具有Cm空間群結(jié)構(gòu)。其中釹離子是作為摻雜離子，取代釓和鑭離子的晶格位置，釹的摻雜濃度在0.05at％～10at％之間，熒光壽命(τ)為50～120μs，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鉻離子Nd3+:Gd1-xLaxCa4O(BO3)3晶體是一種同成分熔化的化合物，可采用提拉法生長(zhǎng)，按化學(xué)反應(yīng)式(1-x)Gd2O3+xLa2O3+8CaCO3+6H3BO3＝＝2Gd1-xLaxCa4O(BO3)3+8CO2↑+9H2O↑的比例進(jìn)行稱樣、混合、壓片，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)是在銥坩鍋中、惰性氣體(如N2、Ar等)氣氛下進(jìn)行，晶體生長(zhǎng)的參數(shù)為生長(zhǎng)溫度1480℃左右，提升速度為0.5～2.0毫米/小時(shí)，晶體轉(zhuǎn)速為5～20轉(zhuǎn)/分鐘，生長(zhǎng)出了高質(zhì)量的Nd3+:Gd1-xLaxCa4O(BO3)3晶體。
將生長(zhǎng)出的Nd3+:Gd1-xLaxCa4O(BO3)3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，其屬于單斜晶系，空間群為Cm，其單胞參數(shù)隨鑭離子摻入多少而改變，例如當(dāng)x＝0.16時(shí)，a＝8.086，b＝15.988，c＝3.566，β＝101.17°，V＝4523，密度3.72g/cm3；當(dāng)x＝0.33時(shí)，a＝8.114，b＝16.001，c＝3.577，β＝101.52°，V＝4553，密度3.68g/cm3。
將生長(zhǎng)出的Nd3+:Gd1-xLaxCa4O(BO3)3晶體，進(jìn)行了定向，確定了其折射率主軸。然后進(jìn)行了偏振吸收光譜、熒光光譜及熒光壽命等的分析測(cè)試，結(jié)果表明Nd3+:Gd1-xLaxCa4O(BO3)3晶體的主吸收峰在812nm，主發(fā)射峰在1064nm。其半峰寬、吸收躍遷截面、發(fā)射躍遷截面隨鑭離子摻入多少而稍有改變。例如當(dāng)x＝0.33時(shí)，在E//Z方向，812nm處吸收峰的半峰寬為20nm，吸收躍遷截面為1.55×10-20cm2，在812nm處較大的半峰寬非常適合于采用AsGaAl半導(dǎo)體激光來進(jìn)行泵浦，有利于激光晶體對(duì)泵浦光的吸收，提高泵浦效率。其在1064nm處的半峰寬(FWHM)為15nm，熒光壽命為93μs，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+:Gd1-xLaxCa4O(BO3)3晶體能得到較大的輸出，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。
摻釹硼酸氧鈣釓鑭Nd3+:Gd1-xLaxCa4O(BO3)3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，晶體質(zhì)地堅(jiān)硬，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1060nm，該晶體可作為一種較好的激光晶體。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1提拉法生長(zhǎng)摻雜濃度為3.0at.％Nd3+的Nd3+:Gd0.84La0.16Ca4O(BO3)3激光晶體。
將按配比準(zhǔn)確稱量好的Gd2O3、La2O3、CaCO3、H3BO3和Nd2O3混合研磨均勻，壓片后，放入φ60×40mm3的鉑坩鍋中，在馬弗爐中于1000℃固相反應(yīng)12小時(shí)，再升溫至1200℃反應(yīng)24小時(shí)。將合成好的以上樣品放入提拉爐中，采用提拉法，在N2氣氛中，生長(zhǎng)溫度為1470℃左右，晶體轉(zhuǎn)速為5-20轉(zhuǎn)/分鐘，拉速為0.5-2毫米/小時(shí)的情況下，生長(zhǎng)出了尺寸為30×25×18mm3的高質(zhì)量的Nd3+含量為3.0at.％的Nd3+:Gd0.84La0.16Ca4O(BO3)3晶體。
實(shí)施例2提拉法生長(zhǎng)摻雜濃度為3.0at.％Nd3+的Nd3+:Gd0.67La0.33Ca4O(BO3)3激光晶體。
將按配比準(zhǔn)確稱量好的Gd2O3、La2O3、CaCO3、H3BO3和Nd2O3混合研磨均勻，壓片后，放入φ60×40mm3的鉑坩鍋中，在馬弗爐中于1000℃固相反應(yīng)10小時(shí)，再升溫至1200℃反應(yīng)24小時(shí)。將合成好的以上樣品放入提拉爐中，采用提拉法，在N2氣氛中，生長(zhǎng)溫度為1460℃左右，晶體轉(zhuǎn)速為5-20轉(zhuǎn)/分鐘，拉速為0.5-2毫米/小時(shí)的情況下，生長(zhǎng)出了尺寸為32×23×23mm3的高質(zhì)量的Nd3+含量為3.0at.％的Nd3+:Gd0.67La0.33Ca4O(BO3)3晶體。
權(quán)利要求
1.一種摻釹硼酸氧鈣釓鑭激光晶體，其特征在于該晶體的分子式為Nd3+:Gd1-XLaxCa4O(BO3)3(x＜0.5)，Nd3+離子摻雜濃度在0.05at-10at％之間，屬于單斜晶系，空間群為Cm，其單胞參數(shù)隨鑭離子摻入多少而改變，當(dāng)x＝0.16時(shí)，a＝8.086，b＝15.988，c＝3.566，β＝101.17°，V＝4523，密度3.72g/cm3；當(dāng)x＝0.33時(shí)，a＝8.114，b＝16.001，c＝3.577，β＝101.52°，V＝4553，密度3.68g/cm3。
2.一種權(quán)利要求1的摻釹硼酸氧鈣釓鑭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所述的激光晶體的制備方法，其特征在于該提拉法以Gd2O3、La2O3、CaCO3、H3BO3和Nd2O3為原料，惰性氣體氣氛下，晶體生長(zhǎng)的參數(shù)為生長(zhǎng)溫度1480℃左右，提升速度為0.5～2.0毫米/小時(shí)，晶體轉(zhuǎn)速為5～20轉(zhuǎn)/分鐘。
4.一種權(quán)利要求1的摻釹硼酸氧鈣釓鑭激光晶體的用途，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
摻釹硼酸氧鈣釓鑭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(Czochralski方法)，在1480℃左右，以5－20轉(zhuǎn)/分鐘的晶體轉(zhuǎn)速，0.5－2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)C30B15/00GK101037796SQ200610067570
公開日2007年9月19日 申請(qǐng)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(guó)富, 韋波, 林州斌, 張莉珍, 胡祖樹 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所