硼酸鹽雷射晶體Li的製作方法

2023-06-30 05:19:16

專利名稱：硼酸鹽雷射晶體Li的製作方法
技術領域：
本發明涉及雷射晶體領域，尤其是涉及可應用於固體雷射的一類硼酸鹽晶體及其製備方法。
背景技術：
在種類繁多的雷射器中，固體雷射器系統緊湊、使用方便、雷射光束質量高、運行穩定，這些優點是氣體、液體等介質的雷射器所無法比擬的。目前的固體雷射器大多採用雷射晶體作為其工作物質。雷射晶體一般由基質晶體和激活離子(過渡族或稀土離子)兩部分構成。基質晶體一方面是一個分散固定激活離子的「支架」，它使激活離子的相互作用不致太強，保證了雷射發射所要求的線狀光譜特性；另一方面它在激活離子光譜線的位移、分裂、加寬、能量轉移以及雷射發射不可少的輻射和無輻射過程中起著重要作用；摻入其中的激活離子的能級結構則決定了其主要的光譜特性，如吸收、發射波長等。目前，研究較多的硼酸鹽雷射基質晶體主要有YAl3(BO3)4、GdAl3(BO3)4、YCa4O(BO3)3、GdCa4O(BO3)3等。這些晶體的物化性能穩定，製備成本低廉，因而受到廣泛的關注。

發明內容
本發明的目的在於公開一種硼酸鹽雷射晶體及其製備方法和用途。
本發明的雷射晶體的分子式為Li6R(1-x)REx(BO3)3，其中R為稀土或三價過渡金屬元素，即為Ti、Cr、Y、Sc、以及鑭系元素中某一元素或若干元素的組合；RE3+為根據泵浦源、雷射腔和應用需要等因素確定的部分替代晶體基質中R3+離子位置的某種稀土或過渡金屬離子，即RE＝Ti、Cr、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb等，一般將它稱之為激活離子；x的值根據摻雜離子種類和雷射運轉需要在0＜x＜1之間變化。該類晶體屬於單斜晶系，空間群為P21/c。晶體的單胞參數可能隨R、RE及x值的變化而有所變化。為提高雷射運轉效率，該雷射晶體在摻雜某種過渡族或稀土離子R3+的同時摻雜其他的過渡族或稀土離子作為敏化劑。該類雷射基質晶體除了鑭系或過渡金屬元素帶來的特徵譜線外，在300nm至3000nm波段透明。
本發明的雷射晶體採用如下生長工藝來製備稱取符合Li6R(1-x)REx(BO3)3摩爾比的鹼金屬Li2CO3、稀土或三價過渡金屬氧化物R2O3、過渡族或稀土氧化物R2O3和硼酸H3BO3一起置於瑪瑙研缽中研磨混合均勻。用油壓機以2.5噸/cm2的壓強壓成圓餅，裝入在晶體生長溫度區間不出現變形、軟化和不與晶體組分起化學反應的金屬、合金或氧化物等耐高溫材料製造的坩鍋，分別在450～500℃和790～820℃各燒結數小時。燒結好的原料熔化後，將裝料的坩鍋置於晶體提拉生長爐中，調整控制熔化溫度及恆溫時間。生長的條件為熔化溫度845℃左右，在高出熔化溫度20℃左右恆溫2小時，緩慢降溫至熔點以上5℃左右，引入籽晶。經引種、放肩、等徑生長，拉速1.5～2mm/h，轉速10～20rpm，縱向的固液界面溫度差為10～50℃，最後退火完成生長過程，獲得滿足雷射工作需要的高光學質量單晶體。
本發明的Li6R(1-x)REx(BO3)3類晶體具有良好的光學、機械和熱導性能，較高的化學穩定性，而且便於生長。該類晶體可作為固體雷射器的工作物質，被閃光燈、半導體雷射或其他光源泵浦而輸出固體雷射。
具體實施例方式
實施例1稱取1.41g的Nd2O3、92.47g的Li2CO3、74.623g的Gd2O3和77.88g的B2O3，將這四種原料一起置於瑪瑙研缽中研磨混合均勻，用油壓機以2.5噸/cm2的壓強壓成圓餅，分別在450℃和800℃各燒結數小時。燒結好的原料裝入φ50mm×30mm的鉑坩堝熔化後，將裝料的坩鍋置於晶體提拉生長爐中。生長的條件為熔化溫度845℃左右，在高出熔化溫度20℃左右恆溫2小時，緩慢降溫至熔點以上5℃左右，引入籽晶。經引種、放肩、等徑生長，拉速1.5～2mm/h，轉速10～20rpm，縱向的固液界面溫度差為10～50℃，最後退火完成生長過程。生長得到尺寸大於φ20mm×30mm的Li6Gd0.98Nd0.02(BO3)3優質透明單晶。其單胞參數為a＝7.224，b＝16.505，c＝6.691，β＝105.36°。該晶體在1056nm處的發射截面為5.771×10-20cm2，螢光壽命在50～60微秒之間，利用波長為632.8nm的氦氖雷射測量，其折射率約為n＝1.66。
實施例2稱取1.60g的Er2O3、92.47g的Li2CO3、74.623g的Gd2O3和77.88g的B2O3，將這四種原料一起置於瑪瑙研缽中研磨混合均勻，用油壓機以2.5噸/cm2的壓強壓成圓餅，分別在450℃和800℃各燒結數小時。燒結好的原料裝入φ50mm×30mm的鉑坩堝熔化後，將裝料的坩鍋置於晶體提拉生長爐中。生長的條件為熔化溫度845℃左右，在高出熔化溫度20℃左右恆溫2小時，緩慢降溫至熔點以上5℃左右，引入籽晶。經引種、放肩、等徑生長，拉速1.5～2mm/h，轉速10～20rpm，縱向的固液界面溫度差為10～50℃，最後退火完成生長過程。生長得到尺寸大於φ20mm×30mm的Li6Gd0.98Er0.02(BO3)3優質透明單晶。
實施例3稱取4.137g的Yb2O3、114.0g的Li2CO3、72.34g的Gd2O3和77.88g的B2O3，將這四種原料一起置於瑪瑙研缽中研磨混合均勻，用油壓機以2.5噸/cm2的壓強壓成圓餅，分別在450℃和800℃各燒結數小時。燒結好的原料裝入φ50mm×30mm的鉑坩堝熔化後，將裝料的坩鍋置於晶體提拉生長爐中。生長的條件為熔化溫度845℃左右，在高出熔化溫度20℃左右恆溫2小時，緩慢降溫至熔點以上5℃左右，引入籽晶。經引種、放肩、等徑生長，拉速1.5～2mm/h，轉速10～20rpm，縱向的固液界面溫度差為10～50℃，最後退火完成生長過程。生長得到尺寸大於φ20mm×30mm的Li6Gd0.95Yb0.05(BO3)3優質透明單晶。
權利要求
1.一種硼酸鹽雷射晶體Li6R(1-x)REx(BO3)3，其特徵在於該晶體中的R為稀土或三價過渡金屬元素，即為Ti或Cr或Y或Sc或鑭系元素中某一元素或若干元素的組合；RE＝Ti、Cr、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb之一；0＜x＜1；該類晶體屬於單斜晶系，空間群為P21/c，晶體的單胞參數為a＝7.224，b＝16.505，c＝6.691，β＝105.36°，上述晶胞參數隨R、RE及x值的變化而有所變化。
2.如權利要求1所述的硼酸鹽雷射晶體，其特徵在於該雷射晶體在摻雜某種過渡族或稀土離子RE3+的同時摻雜其他的過渡族或稀土離子作為敏化劑。
3.一種權利要求1或2的硼酸鹽雷射晶體的製備方法，其特徵在於所述的硼酸鹽雷射晶體採用提拉法進行生長，生長的條件為熔化溫度845℃左右，在高出熔化溫度20℃左右恆溫2小時，緩慢降溫至熔點以上5℃左右，引入籽晶，經引種、放肩、等徑生長，拉速1.5～2mm/h，轉速10～20rpm，縱向的固液界面溫度差為10～50℃，最後退火完成生長過程。
4.一種權利要求1的硼酸鹽雷射晶體的用途，其特徵在於該晶體用於固體雷射器作為工作物質。
全文摘要
硼酸鹽雷射晶體Li
文檔編號C30B15/00GK1958881SQ200510113999
公開日2007年5月9日 申請日期2005年11月1日 優先權日2005年11月1日
發明者龔興紅, 林炎富, 黃藝東, 陳雨金, 羅遵度, 譚奇光 申請人:中國科學院福建物質結構研究所