雙摻鉻釹釓鎵石榴石自調q雷射晶體的生長方法
2023-05-28 15:12:41 2
專利名稱：雙摻鉻釹釓鎵石榴石自調q雷射晶體的生長方法
技術領域：
本發明涉及晶體的生長，特別是一種摻雙摻鉻釹釓鎵石榴石(Cr4+，Nd3+:Gd3Ga5O12，以下簡稱Cr，Yb:GGG)雷射晶體的生長方法。
背景技術：
二極體泵浦的被動調Q雷射器是產生納秒和亞納秒範圍內具有高峰值功率和高重複率脈衝的雷射光源。它具有結構緊湊、經濟、全固化的特點，可以廣泛應用於雷達、測距、遙視、非線形光學處理和材料加工等方面。被動調Q固體雷射器通常是由有機染料和無機色心晶體作為可飽和吸收體的。但是，染料的熱穩定性差，破壞閾值低、容易老化，而且還需要一套複雜的冷卻系統；色心晶體具有低的色心濃度並且常有色心衰退現象。這些都限制了它們的應用。最近發現的摻Cr4+的YAG、GSGG、MgSiO4等晶體在發光波長為1060nm附近的Nd3+雷射器中具有飽和吸收特性，可作自調Q開關，Cr4+，Nd3+:YAG已經證明是一種性能很好的自調Q雷射材料。但由於YAG晶體在生長過程中是凸界面生長，摻雜離子分布不均勻，比較難於生長出高質量大尺寸(直徑大於5cm)晶體。
發明內容
本發明要解決的技術問題在於克服上述現有技術的缺陷，提供一種雙摻鉻釹釓鎵石榴石自調Q雷射晶體的生長方法，以獲得摻雜離子均勻、大尺寸、高質量的雷射晶體。
本發明的技術解決方案如下一種雙摻鉻釹釓鎵石榴石自調Q雷射晶體，該晶體的結構式為Ca3z/2Nd3yGd3(1-y-z/2)Ga5-xCrxO12。其原料配方如下
Gd2O33(1-y-z/2)Ga2O35.1-xNd2O33yCr2O3xCaO3z/2其中x的變化範圍0.01％≤X≤0.5％，y的變化範圍0.5-4％，z/x＝2.0-3.0。
所述的雙摻鉻釹釓鎵石榴石自調Q雷射晶體的生長方法，包括下列步驟1、按摩爾配比稱量下列原料Gd2O33(1-y-z/2)Ga2O35.1-xNd2O33yCr2O3xCaO3z/2其中x的變化範圍0.01％≤X≤0.5％，y的變化範圍0.5-4％，z/x＝2.0-3.0；2、將上述原料經充分混合後，用液壓機壓塊，在1000-1600℃下燒6個小時；3、裝入生長單晶爐，抽真空，充入98％氮氣+2％氧氣，然後開始生長提拉速度2-5mm/h旋轉速度10-20rpm；4、晶體生長完畢，採用原位退火的方法緩慢降至室溫取出晶體。
本發明的優點釓鎵石榴石晶體中雙摻Nd3+離子和Cr4+離子，可以將它們的性質很好的結合起來.由於Cr，Yb:GGG晶體生長過程中為平界面生長，在垂直於晶體生長方向的平面內，離子濃度差小於1％，所以離子摻雜比其它晶體(如YAG)均勻，並且可以生長出大尺寸(直徑大於10cm)高質量的晶體.
具體實施例方式
實施例1用上述的原料配比和工藝流程生長Cr，Nd:GGG晶體，原料配比中取x＝0.05％，Y＝4％，Z＝2x。首先將Gd2O3、Ga2O3、Nd2O3和Cr2O3按上述配比稱重，機械混合均勻後，在馬弗爐中以1000℃燒結，裝入生長單晶爐，抽真空，充入98％氮氣+2％氧氣.提拉速度2mm/h旋轉速度15rpm。生長晶體後，緩慢降至室溫，取出晶體，經檢驗Nd離子，Cr離子濃度均勻分布(在垂直於晶體生長方向的平面內，離子濃度差小於1％)，晶體的光學性質很好。
實施例2用上述的原料配比和工藝流程生長Cr，Nd:GGG晶體，原料配比中取x＝0.1％，Y＝0.5％，z＝3x。首先將Gd2O3、Ga2O3、Nd2O3和Cr2O3按上述配比稱重，機械混合均勻後，在馬弗爐中以1400℃燒結，裝入生長單晶爐，抽真空，充入98％氮氣+2％氧氣.提拉速度2.5mm/h旋轉速度14rpm。生長晶體後，緩慢降至室溫，取出晶體，經檢驗Nd離子和Cr離子濃度均勻分布，晶體的光學性質很好實施例3用上述的原料配比和工藝流程生長Cr，Nd:GG晶體，原料配比中取x＝0.2％，Y＝2％，在＝2.5x。首先將Gd2O3、Ga2O3、Nd2O3和Cr2O3按上述配比稱重，機械混合均勻後，在馬弗爐中以1200℃燒結，裝入生長單晶爐，抽真空，充入98％氮氣+2％氧氣.提拉速度3mm/h旋轉速度16rpm。生長晶體後，緩慢降至室溫，取出晶體，經檢驗Nd離子，Cr離子濃度均勻分布，晶體的光學性質很好。
實施例4用上述的原料配比和工藝流程生長Cr，Nd:GGG晶體，原料配比中取x＝0.5％，Y＝2.5％，z＝2.1x。首先將Gd2O3、Ga2O3、Nd2O3和Cr2O3按上述配比稱重，機械混合均勻後，在馬弗爐中以1250℃燒結，裝入生長單晶爐，抽真空，充入98％氮氣+2％氧氣.提拉速度2.5mm/h旋轉速度10rpm。生長晶體後，緩慢降至室溫，取出晶體，經檢驗Nd離子，Cr離子濃度均勻分布，晶體的光學性質很好。
實施例5用上述的原料配比和工藝流程生長Cr，Nd:GGG晶體，原料配比中取x＝0.4％，Y＝3％，z＝2.3x。首先將Gd2O3、Ga2O3、Nd2O3和Cr2O3按上述配比稱重，機械混合均勻後，在馬弗爐中以1300℃燒結，裝入生長單晶爐，抽真空，充入98％氮氣+2％氧氣.提拉速度2.5mm/h旋轉速度16rpm。生長晶體後，緩慢降至室溫，取出晶體，經檢驗Nd離子，Cr離子濃度均勻分布，晶體的光學性質很好。
權利要求
1.一種雙摻鉻釹釓鎵石榴石自調Q雷射晶體，其特徵在於該晶體的結構式為Ca3z/2Nd3yGd3(1-y-z/2)Ga5-xCrxO12。
2.權利要求1所述的雙摻鉻釹釓鎵石榴石自調Q雷射晶體的生長方法，其特徵在於包括下列步驟1)按摩爾配比稱量下列原料Gd2O3∶3(1-y-z/2)Ga2O3∶5.1-xNd2O3∶3yCr2O3∶xCaO∶3z/2其中x的變化範圍0.01％≤X≤0.5％，y的變化範圍0.5-4％，z/x＝2.0-3.0.；2)將上述原料經充分混合後，用液壓機壓塊，在1000-1400℃下燒6個小時；3)裝入生長單晶爐，抽真空，充入98％氮氣+2％氧氣，然後開始生長提拉速度2-5mm/h旋轉速度10-20rpm4)晶體生長完畢，採用原位退火的方法緩慢降至室溫取出晶體。
全文摘要
一種雙摻鉻釹釓鎵石榴石自調Q雷射晶體的生長方法，其特徵在於該晶體的結構式為Ca
文檔編號C30B15/00GK1648288SQ200410084640
公開日2005年8月3日 申請日期2004年11月26日 優先權日2004年11月26日
發明者趙志偉, 徐軍, 鄧佩珍, 姜本學, 郭華 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所