專利名稱：摻鉺鐿硼酸釓鍶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。近年來，由于波長(zhǎng)為1.5μm左右的紅外激光對(duì)人眼安全，在科技、醫(yī)藥、光通訊等很多領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣，因此對(duì)這種波長(zhǎng)激光器的研究受到了廣泛關(guān)注。作為稀土摻雜離子之一的Er3+離子可以產(chǎn)生1.5μm左右的激光輸出，但由于Er3+離子對(duì)泵浦光的弱吸收，導(dǎo)致了很高的激光振蕩閾值。為了提高泵浦效率，Yb3+離子可以作為敏化劑與Er3+離子共同摻雜在基質(zhì)晶體中，這是因?yàn)閅b3+離子在975nm附近有強(qiáng)吸收峰，正好處于技術(shù)成熟的半導(dǎo)體激光器的發(fā)射波段(InGaAs二極管激光器，波長(zhǎng)900～1100nm)，當(dāng)Yb3+離子吸收泵浦光后，將能量傳遞給Er3+離子，從而達(dá)到提高對(duì)泵浦光的吸收效率和降低激光振蕩閾值的目的，這樣有利于獲得強(qiáng)的1.5μm左右激光。因此對(duì)Er3+和Yb3+離子共摻的晶體和玻璃基質(zhì)的研究備受人們關(guān)注。
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Er3+/Yb3+:Sr3Gd(BO3)3，能夠使用激光二極管(LD)作為泵浦源的，能激發(fā)產(chǎn)生1.5μm左右激光的晶體材料。
Er3+/Yb3+:Sr3Gd(BO3)3，屬于三方晶系，具有R3空間群結(jié)構(gòu)。其中鉺離子是作為激活離子，當(dāng)鉺離子摻雜濃度為1at.％時(shí)，熒光壽命(τ)為741μs左右，其熒光壽命是鉺離子濃度的函數(shù)，可根據(jù)不同的需要摻入不同濃度的鉺離子。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明其可輸出1.5μm波長(zhǎng)的激光，可作為激光晶體。
Er3+/Yb3+:Sr3Gd(BO3)3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3SrCO3+0.5Gd2O3+3H3BO3＝Sr3Gd(BO3)3+3CO2+4.5H2O的比例進(jìn)行稱樣、混合、壓片、燒結(jié)，而Er2O3和Yb2O3則按合適的濃度配比加入。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或Ar等)氣氛下進(jìn)行，晶體生長(zhǎng)的參數(shù)為生長(zhǎng)溫度1354℃，提升速度為0.5～2.0毫米/小時(shí)，晶體轉(zhuǎn)速5～20轉(zhuǎn)/分鐘，生長(zhǎng)出了高質(zhì)量的Er3+/Yb3+:Sr3Gd(BO3)3晶體。
將生長(zhǎng)出的Er3+/Yb3+:Sr3Gd(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，其屬于三方晶系，空間群為R3(Z＝6)，晶胞參數(shù)為a＝12.531A，c＝9.299，V＝1264.73，Dc＝4.70g/cm3，采用油浸法測(cè)得其折射率為1.73。
將生長(zhǎng)出的Er3+/Yb3+:Sr3Gd(BO3)3晶體，進(jìn)行吸收光譜、熒光光譜及熒光壽命等的分析測(cè)試，結(jié)果表明鉺和鐿離子濃度分別為1at.％和10at.％的Er3+/Yb3+:Sr3Gd(BO3)3晶體，其主吸收峰在976nm，半峰寬達(dá)到14nm，鐿離子的吸收躍遷截面為4.17×10-21cm2，在976nm處較大的半峰寬非常適合于采用InGaAs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1450nm-1650nm處有一個(gè)非常寬的發(fā)射帶，其中最強(qiáng)的發(fā)射峰位于1538nm，半峰寬為40nm，熒光壽命為741μs。由于Er3+/Yb3+:Sr3Gd(BO3)3晶體能用提拉法生長(zhǎng)，能較容易地得到高光學(xué)質(zhì)量的晶體，因此該晶體可望成為一種新的低成本、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。
Er3+/Yb3+:Sr3Gd(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)工藝穩(wěn)定，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，很容易用激光二級(jí)管(LD)泵浦獲得激光輸出，激光輸出波長(zhǎng)為1.5μm，該晶體可作為一種較好的激光晶體。
具體實(shí)施例方式
將按配比準(zhǔn)確稱量好的SrCO3、Gd2O3、H3BO3、Er2O3、Yb2O3混合研磨均勻，壓片后，放入Φ80×80mm2的剛玉坩鍋中，在馬弗爐中于1100℃固相反應(yīng)24小時(shí)；取出后，重新研磨壓片再升溫至1100℃反應(yīng)24小時(shí)。將合成好的以上樣品放入銥坩鍋中，采用提拉法，在N2氣氛中，生長(zhǎng)溫度為1354℃、晶體轉(zhuǎn)速為10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Φ21×35mm2的高質(zhì)量的Er3+含量為1.0at.％，Yb3+含量為10.0at.％的Er3+/Yb3+:Sr3Gd(BO3)3晶體。
權(quán)利要求
1.一種摻鉺鐿離子的硼酸釓鍶激光晶體，其特征在于該晶體的分子式為Er3+/Yb3+:Sr3Gd(BO3)3，Er3+離子的摻雜濃度為1~10at.％，Yb3+離子的摻雜濃度為1~10at.％，屬于三方晶系，空間群為R3，晶胞參數(shù)為a＝12.531，c＝9.299，V＝1264.73，Dc＝4.70g/cm3，折射率1.73。
2.一種權(quán)利要求1的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所述的制備方法，其特征在于所述的提拉法采用的生長(zhǎng)溫度為1354℃，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的摻鉺鐿離子的硼酸釓鍶激光晶體的用途，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
摻鉺鐿硼酸釓鍶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1354℃，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Er
文檔編號(hào)H01S3/16GK101037797SQ20061006757
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, 趙丹, 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