摻鐿鉬酸鑭鉀雷射晶體及其製備方法和用途的製作方法

2023-09-20 15:53:25

專利名稱：摻鐿鉬酸鑭鉀雷射晶體及其製備方法和用途的製作方法
摻鐿鉬酸鑭鉀雷射晶體及其製備方法和用途技術領域它涉及光電子功能材料技術領域中的人工晶體和晶體生長領域，尤其是涉 及--種作為固態雷射器中的工作物質的雷射晶體材料。
背景技術：
雷射晶體是固體雷射器的工作物質，它是指以晶體為基質，通過分立的發 光中心吸收泵浦光能量並將其轉化為雷射輸出的發光材料。固體雷射工作物質 由基質材料和激活離子組成，其各種物理和化學性質主要由基質材料決定，而其光譜特性和螢光壽命等則由激活離子的能級結構決定。自1960年，研製成功 人造紅寶石脈衝雷射器以來，迄今為止，己發現了數百種雷射晶體，但因各種 原因，能真正得到實際應用的雷射晶體只有十來種。目前，應用最廣泛的雷射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性能，且易於生長出高光學質量、大尺寸的優質晶 體。但它存在著吸收譜線窄，不適宜於用LD來進行泵浦的缺點，而LD泵浦將 是今後雷射泵浦源的發展方向。目前國內外都在積極尋找各種物理、化學性能和機械性能優異，且易於生 長出高光學質量、大尺寸並適合於LD泵浦的優質雷射晶體材料。鐿離子是能級 結構最簡單的離子，其吸收帶寬且與InGaAs LD泵浦源有效耦合，非常適合LD 泵浦。相比於釹離子，鐿離子有很多優點，如不存在激發態吸收和上轉換，具 有高的螢光壽命和光轉換效率等等。因此，近年來鐿離子成為雷射晶體激活離 子的熱門之選。 發明內容本發明的目的就在於研製一種新的雷射晶體Yb3+: KLa(Mo04)2，能夠直接使
用閃光燈和LD泵浦的，具有較高轉換效率的雷射晶體材料。Yb3+: KLa(Mo04)2晶體屬於四方晶系，空間群為I4(l)/a(C4h6)。其中鐿離子 是作為摻雜離子，取代鑭離子的晶格位置，鐿的摻雜濃度在0.05&1.%~5&1.%之間， 螢光壽命(t )為0.4 1.0ms，其螢光壽命是鐿離子濃度的函數，可根據不同的 需要摻入不同濃度的鐿離子。實驗結果表明其可輸出lum左右波長的雷射，可 作為雷射晶體。Yb^KLa(Mo04)2晶體是一種同成分熔化的化合物，是採用提拉 法生長出的，按化學反應式K2C03+La2Cb+4MoOf-2KLa(Mo04)2+C02的比例 進行稱樣、混合、壓片，而Yb203則按所需濃度加入。所用原料為藥品名純度r家Yb20399.999%中科院長春應用化學研究所La20399.999%中科院長春應用化學研究所K2C0399.99%上海五四化學試劑廠Mo0399.99%中國醫藥集團上海化學試劑公司其主要生長條件如下生長是在白金坩鍋中、惰性、中性或富氧氣體氣氛下進行，生長出了高質量的Yb^KLa(Mo04)2晶體，其生長的參數為生長溫度1070 t左右，提升速度為0.5~2.0毫米/小時，晶體轉速5 20轉/分鐘。將生長出的Y^+:KLa(Mo04)2晶體，其在四圓衍射儀上進行了衍射數據的收 集，結構分析表明，其屬於四方晶系，空間群為I4(l)/a(C4h6)，晶胞參數為 a=5,445A ， b=5,445A， c=12.208A， V=362.07A3，密度5.45g/cm3。將生長出的Yb、KLa(Mo04)2晶體，進行吸收光譜、螢光光譜及螢光壽命等 的分析測試，結果表明鐿離子摻雜濃度為0.4at /。的Yb化KLa(MoO4)2晶體的 主吸收峰在978nm，其半峰寬為10nm，吸收躍遷截面為2.21 X 10—19cm2，適合
於採用InGaAs半導體雷射來進行泵浦，有利於雷射晶體對泵浦光的吸收，提高 泵浦效率；在900nm-1150nm處有一個非常寬的發射帶，其中發射峰1010nm的 發射躍遷截面為4.82X(T"cm2，螢光壽命為0.44ms，螢光壽命長的晶體能在上 能級積累更多的粒子，增加了儲能，有利於器件輸出功率和輸出能量的提高。 因此，Yb^KLa(Mo04)2晶體能得到較大的輸出，是一種高轉換效率、低成本、 高光學質量和有實際應用前景及使用價值的雷射晶體。Yb3+:KLa(M004)2晶體可用提拉法非常容易地生長出質量優良的晶體，生長 速度快，晶體質地堅硬，具有良好的導熱性能，有優良的光學特性，很容易用 閃光燈泵浦和LD泵浦獲得雷射輸出，雷射輸出波長為lwm左右，該晶體可作 為一種較好的雷射晶體。
具體實施方式
實施例1:提拉法生長摻雜濃度為0.5at.%Yb3， KLa(Mo04)2雷射晶體。 將按配比準確稱量好的K2C03、 La203、 Mo03、 ￥1)203混合研磨均勻，壓片 後，放入4)60X40mitf!的白金坩鍋中，在馬弗爐中於70(TC固相反應24小時；取 出後，重新研磨壓片再升溫至80(TC反應48小時。將合成好的以上樣品放入白 金坩鍋中，採用提拉法，在氮氣氣氛中，生長溫度為107(TC、晶體轉速為15轉 /分鐘，拉速為1毫米/小時的情況下，生長出了尺寸為)20x35m^的高質量的Yb3i 含量為0.5at,。/。的Yb3+:KLa(Mo04)2晶體。實施例2:提拉法生長摻雜濃度為1.0at。/。Y^+的KLa(MoO4)2雷射晶體。 將按配比準確稱量好的K2C03、 La203、 Mo03、 丫1)203混合研磨均勻，壓片 後，放入4)60X40咖3的白金坩鍋中，在馬弗爐中於70(TC固相反應24小時；取 出後，重新研磨壓片再升溫至80(TC反應48小時。將合成好的以上樣品放入白 金坩鍋中，採用提拉法，在氮氣氣氛中，生長溫度為1072。C、晶體轉速為20轉
/分鐘，拉速為0.8毫米/小時的情況下，生長出了尺寸為(t)25x45ram3的高質量的 Yb3+含量為1.0at。/。的Yb3+:KLa(Mo04)2晶體。實施例3:提拉法生長摻雜濃度為4.0at%Yb3+W KLa(Mo04)2雷射晶體。 將按配比準確稱量好的K2(X)3、 La203、 Mo03、 丫13203混合研磨均勻，壓片 後，放入小60X40ranf的白金坩鍋中，在馬弗爐中於70(TC固相反應24小時；取 出後，重新研磨壓片再升溫至80(TC反應48小時。將合成好的以上樣品放入白 金坩鍋中，採用提拉法，在空氣氣氛中，生長溫度為1072°C、晶體轉速為20轉 /分鐘，拉速為1毫米/小時的情況下，生長出了尺寸為)25x40mm3的高質量的Yb3+ 含量為4.0at,o/o的Yb3+:KLa(Mo04)2晶體。
權利要求
1. top= "49" left = "48" top= "49" left = "76" top= "49" left = "102" top= "49" left = "131"/>3，Dc＝5.45g/cm3，折射率2.0。
2. 如權利要求1的摻鐿鉬酸鑭鉀雷射晶體，其特徵在於在該晶體中，Yb3+ 離子作為摻雜離子，取代晶體中1^3+離子的晶格位置，其摻雜濃度在0.05 at-5at。/o之間。
3. —種權利要求1的雷射晶體摻鐿鉬酸鑭鉀的製備方法，該晶體採用提拉法 生長，其特徵在於以K2C03、 1^203和Mo03為原料，按化學反應式 K2C03 + La203 + 2Mo03= KLa(Mo04)2 + (302個的比例稱樣、混合、壓片， 而Yb203則按所需濃度加入，在惰性、中性或富氧氣氛下提拉生長出晶體， 晶體生長的參數為生長溫度107(TC左右，提升速度為0.5 2.0毫米/小時， 晶體轉速為5 20轉/分鐘。
4. 一種權利要求1的摻鐿鉬酸鑭鉀雷射晶體的用途，其特徵在於該晶體用 於固體雷射器中作為雷射工作物質，使用閃光燈或雷射二極體作為泵浦 源，激發產生ltim左右波長的雷射輸出。
全文摘要
摻鐿鉬酸鑭鉀雷射晶體及其製備方法和用途，涉及人工晶體領域。採用提拉法(Czochralski方法)，在1070℃左右，以5-20轉/分鐘的晶體轉速，0.5-2毫米/小時的拉速，生長出了高質量、較大尺寸的Yb3+:KLa(MoO4)2晶體。該晶體是一種新型的雷射晶體，可產生1μm左右波長的雷射輸出。用該晶體製成的固體雷射器可用於光譜學、生物醫學、軍事等諸多領域中。
文檔編號H01S3/16GK101212121SQ20061013538
公開日2008年7月2日 申請日期2006年12月27日 優先權日2006年12月27日
發明者張麗珍, 林州斌, 王國富, 王國建, 龍西法 申請人:中國科學院福建物質結構研究所