專利名稱：摻鉺鎢酸鋰鋇釓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)明涉及一種作為固態(tài)激光器中的工作物質(zhì)的激光晶體材料。
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(guò)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I960年，研制成功人造紅寶石脈沖激光器以來(lái)，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(lái)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(lái)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。Er3+離子的能級(jí)豐富，發(fā)射波長(zhǎng) 從可見到近紅外共有九個(gè)躍遷通道，其中1. 5 μ m和3. 0 μ m兩個(gè)波段的激光發(fā)射分別對(duì)應(yīng) 4I1372 — 4I1572和4111/2 — 4I15Z2能級(jí)之間的躍遷。1. 5 μ m激光對(duì)人眼安全，人體細(xì)胞組織對(duì) 3. 0 μ m激光強(qiáng)烈吸收，因此以Er3+離子為激活離子的激光晶體在通訊和醫(yī)療等領(lǐng)域應(yīng)用前 景廣闊。

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+ = Li3Ba2Gd3(WO4)8，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。Er3+ = Li3Ba2Gd3(WO4)8晶體屬于單 斜晶系，具有C2/c空間群結(jié)構(gòu)。其中Er3+離子是作為摻雜離子，取代釓離子的晶格位置，鉺 的摻雜濃度在lat. % 15at. %之間，熒光壽命(τ )為3 4ms，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1.55μπι左右 波長(zhǎng)的激光，可作為激光晶體。摻鉺鎢酸鋰鋇釓激光晶體及其制備方法我們經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)找到了生長(zhǎng) Er3+ILi3Ba2Gd3(WO4)8晶體的較理想的助熔劑=Li2WO4,以及最佳的生長(zhǎng)條件，并生長(zhǎng)出了高 質(zhì)量的晶體Er3+:Li3Ba2Gd3(TO4)8(見實(shí)施例1)。具體的化學(xué)反應(yīng)式如下3Li2C03+4BaC03+3Gd203+16W03 = 2Li3Ba2Gd3 (WO4) 8+7C02 個(gè)Li2C03+W03 = Li2W04+C02 個(gè)所用的原料純度及廠家如下 助熔劑方法生長(zhǎng)摻鉺鎢酸鋰鋇釓激光晶體，其主要生長(zhǎng)條件如下所用助熔劑為 Li2WO4,助熔劑與Li3Ba2Gd3(WO4)8的摩爾比控制在40 60at%之間，生長(zhǎng)溫度在850 1000°C之間，降溫速率為0. 5 2°C /天，晶體轉(zhuǎn)速為5 30rpm。將生長(zhǎng)出的Er3+ Li3Ba2Gd3 (WO4) 8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，具有C2/c空間群結(jié)構(gòu)，晶胞參數(shù)為a=5.217A， b=12.763A,c = 19.204，β = 91.928° V=1277.9A3，Dc = 7. 147g/cm3將生長(zhǎng)出的Er3+ = Li3Ba2Gd3(WO4)8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)果表明鉺離子摻雜濃度為3. 14at. %&Er3+:Li3Ba2Gd3(W04)8晶體的主吸收峰 在1495nm處，吸收截面為1. 28 X lO^cm2 (E//X偏振)，吸收截面為2. 27 X lO^cm2 (E//Y偏 振)，吸收截面為1. 10\10_2°(^2伍//2偏振)。另外，其在波長(zhǎng)1550nm附近有一個(gè)強(qiáng)的發(fā)射 峰，E//X偏振在1534nm處發(fā)射躍遷截面為0. 17 X 10"20cm2, E//Y偏振在1533nm處的發(fā)射截 面為0. 86 X l(T2°cm2，E//Z偏振在1534nm處發(fā)射截面為0. 14X l(T2°cm2，熒光壽命為3. 87ms， 熒光壽命長(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，Er3+ = Li3Ba2Gd3(WO4)8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。從上所述可見，本發(fā)明的摻鉺鎢酸鋰鋇釓激光晶體，具有能夠用熔鹽法非常容易 地生長(zhǎng)出質(zhì)量?jī)?yōu)良的晶體，生長(zhǎng)工藝穩(wěn)定，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550nm和1500nm左右，該晶體可 作為一種較好的激光晶體。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 以Li2WO4為助熔劑生長(zhǎng)生長(zhǎng)摻雜濃度為6at. % Er3+的 Er3+:Li3Ba2Gd3 (WO4)8 激光晶體。生長(zhǎng)原料按Li3Ba2Gd3(WO4)8 Li2WO4 = 1 3 (摩爾比)配制，摻入 6at% 的 Er3+ 離子。采用熔鹽頂部籽晶法，在Φ60X50mm鉬坩鍋中，生長(zhǎng)溫度為950 — 900°C之間，以 1°C /天的降溫速率，30轉(zhuǎn)/分鐘的晶體轉(zhuǎn)速，生長(zhǎng)出了尺寸為40X16X 12mm3的高質(zhì)量 的Er3+ = Li3Ba2Gd3(WO4)8晶體。經(jīng)ICP(等離子發(fā)射光譜)分析表明晶體中Er3+離子含量 3. 14at%。
權(quán)利要求
一種摻鉺鎢酸鋰鋇釓激光晶體，其特征在于該晶體的分子式為Er3+:Li3Ba2Gd3(WO4)8，屬于單斜晶系，具有C2/c空間群，晶胞參數(shù)為c＝19.204，β＝91.928°Dc＝7.147g/cm3。F2009101120705C0000011.tif,F2009101120705C0000012.tif,F2009101120705C0000013.tif
2.如權(quán)利要求1所述的摻鐿鎢酸鋰鋇釓激光晶體，其特征在于在該晶體中，Er3+離子 作為摻雜離子，取代晶體中Gd3+離子的晶格位置，其摻雜濃度在lat._15at. %之間。
3.—種權(quán)利要求1所述的摻鉺鎢酸鋰鋇釓激光晶體的制備方法，其特征在于該晶體 采用熔鹽頂部籽晶法生長(zhǎng)，所用助熔劑為L(zhǎng)i2WO4,摩爾濃度控制在40at 60at %之間，生長(zhǎng) 溫度在850 1000°C之間，降溫速率為0. 5 2°C /天，晶體轉(zhuǎn)速為5 30rpm。
4.一種權(quán)利要求1的摻鉺鎢酸鋰鋇釓激光晶體的用途，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)，使用閃光燈或激光二極管作為泵浦源，激發(fā)產(chǎn)生1500nm左右 波長(zhǎng)的激光輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及人工晶體領(lǐng)域，特別是涉及一種激光晶體摻鉺鉬酸鋰鋇釓(Er3+:Li3Ba2Gd3(WO4)8)及其制備方法和用途。該方法采用Li2WO4為助熔劑，降溫速率為0.5～2℃/天，轉(zhuǎn)速為5～30轉(zhuǎn)/分鐘，生長(zhǎng)出了高質(zhì)量、較大尺寸的Er3+:Li3Ba2Gd3(WO4)8晶體。該晶體屬單斜晶系，具有C2/c空間群結(jié)構(gòu)。該晶體是一種新型的激光晶體，可產(chǎn)生1500nm左右波長(zhǎng)的激光輸出。用該晶體制成的固體激光器可用于光譜學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、軍事等諸多領(lǐng)域中。
文檔編號(hào)C30B9/06GK101928988SQ200910112070
公開日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者張莉珍, 李 浩, 林州斌, 王國(guó)富 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所