專利名稱：鈥銩雙摻鎵酸釓激光晶體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鈥銩雙摻鎵酸釓激光晶體，屬于正交晶系，分子式為 Ho:Tm:GdGa03,簡(jiǎn)式為Ho:Tm:GGP，輸出2 y m波段的激光，具有生長(zhǎng)周期短、完整性好、成晶 率高、閾值低、發(fā)光效率高等特點(diǎn)，所制作的激光器激光輸出效率高，屬于光電子材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
2 u m波段的激光具有大氣傳輸特性好、煙霧穿透能力強(qiáng)、保密性好等特點(diǎn)，被應(yīng)用 于激光測(cè)距、激光雷達(dá)、光電干擾、遙感、環(huán)境檢測(cè)、光通訊等領(lǐng)域。另外，2 y m波段的激光在 水中有較強(qiáng)吸收，從而不僅對(duì)人眼安全，而且能夠精確介入生物組織，在醫(yī)療領(lǐng)域如眼科手 術(shù)也有應(yīng)用價(jià)值?，F(xiàn)有能夠產(chǎn)生這種2 u m波段激光的激光晶體第一類是摻有稀土激活離子的復(fù)合 鎢酸鹽，如Ho:KGW、Ho:KYW、Ho:Yb:KGW、Tm:Ho:KGW等，該類晶體屬單斜晶系，采用頂部籽 晶提拉法生長(zhǎng)，為了避免因高溫生長(zhǎng)而發(fā)生的相變，需要在熔體中加入助熔劑，使得生長(zhǎng)過(guò) 程在相變溫度下進(jìn)行，而助熔劑的加入量通常為助熔劑與溶質(zhì)摩爾比達(dá)4 1，這一措施導(dǎo) 致熔體中溶質(zhì)減少，因而生長(zhǎng)速率減慢，生長(zhǎng)周期長(zhǎng)，所生長(zhǎng)的激光晶體尺寸小，如生長(zhǎng)速 率為1 2mm/d，生長(zhǎng)周期為10 15d，晶體尺寸為25 X 25 X 15mm3。第二類是摻有稀土激 活離子的稀土釩酸鹽，如Ho:YV04、Ho:GdV04，該類晶體屬四方晶系，在生長(zhǎng)過(guò)程中不存在相 變，故與單斜晶系晶體相比，生長(zhǎng)速率高、周期短，但是，其生長(zhǎng)原料熔點(diǎn)高，因此，生長(zhǎng)溫度 高，如Ho:YV04的生長(zhǎng)溫度為1810°C，易因揮發(fā)而導(dǎo)致偏析；所生長(zhǎng)的晶體易開(kāi)裂、有色心， 導(dǎo)致成晶率低；另外，該類晶體熱穩(wěn)定性能差。第三類是摻有稀土激活離子的鋁酸鹽，如 Ho:YAG、Tm:YAP、Tm:Ho:YAG等，這類晶體化學(xué)、機(jī)械、熱穩(wěn)定等方面的性能較好，但是，其聲 子能量較大，導(dǎo)致發(fā)光效率較低。第四類是摻有稀土激活離子的氟化物，如Ho BYF、Tm: LYF、 Tm:Ho:KYF等，這類晶體具有聲子能量小、發(fā)光效率高等優(yōu)點(diǎn)，但是，其機(jī)械性能及熱穩(wěn)定性 能較差，且這類晶體生長(zhǎng)條件苛刻，步驟繁雜，因此，生長(zhǎng)較為困難；另外，由于該類晶體自 身原因，難以實(shí)現(xiàn)大尺寸生長(zhǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)有技術(shù)中摻有稀土激活離子的的復(fù)合鎢酸鹽、稀土釩酸鹽、鋁酸鹽或者氟化物 受其組成、結(jié)構(gòu)等方面因素所限，或此或彼地存在晶體生長(zhǎng)周期長(zhǎng)、生長(zhǎng)溫度高、生長(zhǎng)困難、 成晶率、晶體尺寸小等問(wèn)題。為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，在縮短晶體生長(zhǎng)周期、降低生 長(zhǎng)溫度、生長(zhǎng)容易、提高晶體成晶率以及獲得較大生長(zhǎng)尺寸的同時(shí)，所生長(zhǎng)的晶體具有良好 的機(jī)械性能及熱穩(wěn)定性能，較高的發(fā)光效率，我們發(fā)明了一種鈥銩雙摻鎵酸釓激光晶體。本發(fā)明之鈥銩雙摻鎵酸釓激光晶體其特征在于摻有2 u m波段稀土激活離子鈥和 銩，分子式為Ho Tm GdGa03，屬于正交晶系，激光晶體基質(zhì)為鎵酸釓晶體。該方案其技術(shù)效果在于，鈥銩雙摻鎵酸釓激光晶體具有良好的機(jī)械性能，也具 有良好的熱穩(wěn)定性能，如熱膨脹系數(shù)僅為a軸3. 1X10_6/°C，b軸:8.3X10_7°C，c軸2. 2X 10_6/°C。另外，吸收峰寬，如38nm ；熒光壽命長(zhǎng)，如5. 6ms ；增益大，如受激發(fā)射截面達(dá) 6. 1 X 10_21cm2 ；效率高，如52 %。通過(guò)Tm3+ — Ho3+能量傳遞，可獲得2 u m波段激光輸出。其技術(shù)效果還在于能夠采用以下方法制備，所使用的原料包括純度為99. 999%的 Tm203、純度為99. 995%的Ho203、純度為99. 999%的Gd203以及純度為99. 999%的Ga203，按 下式所示摩爾比稱配xHo203+yTm203+ (1 _x_y) Gd203+Ga203 = 2Gd1_x_yTmxHoyGa03研混均勻，壓緊成塊，在1500°C溫度下燒結(jié)，發(fā)生固相反應(yīng)生成Ho TmGdGa03多晶 料。采用提拉法生長(zhǎng)，中頻感應(yīng)加熱，Ho:Tm:GdGa03多晶料置于鉬坩堝內(nèi)，鉬坩堝同時(shí) 為發(fā)熱體。籽晶方向?yàn)?lt;100>、<110>、<001>之一，生長(zhǎng)溫度1750°C，提拉速度2mm/h，轉(zhuǎn)速 20rpmo由于鈥銩雙摻鎵酸釓激光晶體屬于正交晶系，在生長(zhǎng)過(guò)程中不存在相變，故無(wú)需 加入助熔劑，晶體生長(zhǎng)是在正常溶質(zhì)濃度下進(jìn)行，與現(xiàn)有摻有稀土激活離子的復(fù)合鎢酸鹽 晶體相比，生長(zhǎng)速率高，按提拉速度2mm/h計(jì)算，生長(zhǎng)速率高達(dá)48mm/d，生長(zhǎng)周期只有1 2d ；所生長(zhǎng)的Ho:Tm:GdGa03激光晶體尺寸遠(yuǎn)大于25 X 25 X 15mm3，如(1)籽晶方向?yàn)?lt;100> 時(shí)，激光晶體尺寸為直徑O20 30mm、長(zhǎng)度70 80mm ；⑵籽晶方向?yàn)?lt;110>時(shí)，激光晶體 尺寸為直徑0 25 35mm、長(zhǎng)度65 75mm ； (3)籽晶方向?yàn)?lt;001>時(shí)，激光晶體尺寸為直徑 ① 30 40mm、長(zhǎng)度 55 65mm。摻雜濃度高，如 Ho3+0. 5 1. Oat. %, Tm3+2. 5 10at. % 鈥銩雙摻鎵酸釓激光晶體的生長(zhǎng)溫度只有1750°C，明顯低于現(xiàn)有Ho:YV04的生長(zhǎng) 溫度1810°C，減輕因揮發(fā)而導(dǎo)致的偏析，結(jié)構(gòu)缺陷少，結(jié)構(gòu)完整，無(wú)開(kāi)裂、無(wú)色心，無(wú)核心、無(wú) 位錯(cuò)、無(wú)散射，成晶率大于90%。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明之鈥銩雙摻鎵酸釓激光晶體摻有2 u m波段稀土激活離子鈥和銩，分子式 為Ho:Tm:GdGa03 ；激光晶體基質(zhì)為鎵酸釓晶體，屬于正交晶系，晶格常數(shù)a = 0. 547nm、b = 0. 791nm、c = 0. 523nm ；鈥銩按如下原子比摻入Ho Tm = 1 5 10，通常鈥的摻雜濃 度為0. 5 1. Oat. %，則銩的摻雜濃度為2. 5 10at. %。
權(quán)利要求
一種鈥銩雙摻鎵酸釓激光晶體，其特征在于，摻有2μm波段稀土激活離子鈥和銩，分子式為Ho:Tm:GdGaO3，屬于正交晶系，激光晶體基質(zhì)為鎵酸釓晶體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎵酸釓激光晶體，其特征在于，鎵酸釓晶體晶格常數(shù)a=0.547nm、b= 0.791nm、c = 0.523nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎵酸釓激光晶體，其特征在于，鈥銩按如下原子比摻入 Ho Tm = 1 5 10。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或者3所述的鎵酸釓激光晶體，其特征在于，鈥的摻雜濃度為0.1.Oat. %，則銩的摻雜濃度為2. 5 IOat. %。
全文摘要
鈥銩雙摻鎵酸釓激光晶體屬于光電子材料領(lǐng)域?，F(xiàn)有技術(shù)中摻有稀土激活離子的的復(fù)合鎢酸鹽、稀土釩酸鹽、鋁酸鹽或者氟化物受其組成、結(jié)構(gòu)等方面因素所限，或此或彼地存在晶體生長(zhǎng)周期長(zhǎng)、生長(zhǎng)溫度高、生長(zhǎng)困難、成晶率、晶體尺寸小等問(wèn)題。本發(fā)明之鈥銩雙摻鎵酸釓激光晶體其特征在于摻有2μm波段稀土激活離子鈥和銩，分子式為Ho:Tm:GdGaO3，屬于正交晶系，激光晶體基質(zhì)為鎵酸釓晶體。本發(fā)明可應(yīng)用于激光器件制造領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C30B15/00GK101864597SQ20101019235
公開(kāi)日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月7日
發(fā)明者劉景和, 張學(xué)建, 張瑩, 曾繁明, 李春, 林海, 秦杰明, 金銀鎖 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春理工大學(xué)