摻鉻矽酸鎂鈣可調諧雷射晶體及其製備方法
2023-04-23 16:47:11 5
專利名稱：摻鉻矽酸鎂鈣可調諧雷射晶體及其製備方法
技術領域：
本發明涉及光電子功能材料技術領域，特別是涉及一種作為可調諧固態雷射器中工作物質的雷射晶體材料。
背景技術：
可調諧雷射是指這樣一種效應:泵浦激發摻入固體雷射基質中的激活離子，使產生雷射，採用稜鏡調諧法、F-P標準具調諧法、光柵調諧法、濾光片調諧法和分布反饋系統調諧法等獲得可調諧的雷射輸出。1963年L.F.Johnson等人採用閃光燈泵浦，在摻Ni2+的MgF2晶體中實現了第一個固態可調諧雷射運轉(L.F.Johnson R.E.Dietz & H.J.Guggenheim, J.Phys.Rev.Lett.，11(1963)318)。隨後出現了很多可調諧雷射晶體，如 Ti3+:A1203、Cr3+: Mg2SiO4,Cr3+: LiSrAlF6和Cr3+: BeAl2O4等，但由於各種原因，許多可調諧雷射晶體只限於作實驗室工具，無法推向工業應用。目前研究最多的、已進入應用領域的可調諧雷射晶體是Cr3+IBeAl2O4 (紫翠寶石)、Ti3+:Al203 (摻鈦藍寶石)、Cr3+= LiCaAlF6 和 Cr3+:LiSrAlF6,但它們也都存在一些難以避免的缺陷，使得它們的應用範圍受到限制。Cr3+IBeAl2O4 (紫翠寶石)晶體的主要缺點是:調諧範圍在70(T800nm之間，發射截面小(6 X IO-21Cm2),所需的泵浦閾值高，而且還具有高損傷率和高熱透鏡效應等缺點，另外由於BeO劇毒，也給生長帶來很大困難。Ti3+IAl2O3晶體的主要缺點是:該晶體中Ti3+- Ti4+離子對的出現，使得在雷射輸出波段，即近紅外波段出現吸收，影響了其雷射性能，而且由於其雷射上能級壽命短(只有
3.2 μ S)，需用短脈衝雷射、Q開關雷射、連續波雷射或產生特別短脈衝的閃光燈泵浦，也進一步限制了它的應用。Cr3+ILiCaAlF6, Cr3+:LiSrAlF6晶體儘管具有調諧範圍較寬，發射截面大，所需的泵浦閾值低等諸多優點。但也存在著吸收係數小、LD泵浦的雷射效率低等問題。因此，尋找可調諧範圍更寬，且能夠直接使用閃光燈和LD泵浦的可調諧雷射晶體材料成為目前雷射晶體研究領域的熱點之一。
發明內容
本發明的目的就在於研製一種新型的可調諧雷射晶體，其能夠直接使用LD泵浦，具有較寬的可調諧範圍。透輝石(CaMgSi2O6)是地殼中重要的組成礦物之一，天然形成的透輝石(CaMgSi2O6)晶體是一種高端的寶石，其具有非常好的熱學和機械性能，是一種潛在的雷射基質材料，在其中摻入雷射激活離子，就可望得到一種好的雷射晶體材料。摻鉻矽酸鎂鈣(Cr3+ = CaMgSi2O6)就是其中一種，該晶體屬於單斜晶系，具有C12/cl空間群結構。鉻離子作為雷射激活離子可較容易地摻入晶格中，取代鎂離子的晶格位置，其摻雜濃度在
0.2at9T5at%之間。該摻雜晶體的室溫螢光壽命(τ )為8 20 μ S，其螢光壽命是鉻離子濃度的函數，可根據不同的需要摻入不同濃度的鉻離子。實驗結果表明其可調諧範圍在70(Tl350nm之間，可作為可調諧雷射晶體。本發明的技術方案如下:具體的化學反應式: (x/2) Cr203+CaC03+(l-x) Mg0+2Si02=Ca (CrxMg1^x) Si206+C02 x=0.002—0.05所用的原料純度及廠家:
權利要求
1.摻鉻矽酸鎂鈣可調諧雷射晶體，其特徵在於:該晶體的分子式為Cr3+=CaMgSi2O6,屬於單斜晶系，具有C2/c空間群結構，晶胞參數為 a=9.741 A, b=8.901 A, c=5.257 A,β =105.97。，V=439.lA3，Z=4，Dc=3.271 g/cm3，可產生可調諧雷射。
2.權利要求1所述的可調諧雷射晶體摻鉻矽酸鎂鈣，其特徵在於:作為摻雜離子的鉻離子其價態為+3價，取代晶體中鎂離子的晶格位置，其摻雜濃度在0.lat9T5at%之間。
3.權利要求1所述的可調諧雷射晶體摻鉻矽酸鎂鈣，其製備方法包括下列步驟: (1)、初始原料為CaC03、Mg0、Si02和Cr2O3，根據分子式Ca(CrxMg1JSi2O6,按其分子式中各物質的摩爾比準確稱取原料，在球磨機中研磨混合均勻，壓製成塊料； (2)、將塊料置於剛玉杯中，在馬弗爐中升溫至800°C，恆溫合成24小時，取出重新研磨混合均勻，壓製成塊料，在1100°C恆溫合成24小時； (3)、將所述的塊料放入銥金坩堝中，採用提拉法生長，生長條件為:惰性氣體氣氛下進行，生長溫度1500°C，10-20轉/分鐘 的晶體轉速，0.2-0.8毫米/小時的拉速。
全文摘要
本發明提供摻鉻矽酸鎂鈣可調諧雷射晶體及其製備方法。該晶體分子式為Cr3+:CaMgSi2O6，屬於單斜晶系，空間群為C12/c1，晶胞參數為a=9.741 ，b=8.901 ，c=5.257 ，β=105.97°，V=439.1 3，Z=4，Dc=3.271 g/cm3。Cr3+:CaMgSi2O6為同成分熔化化合物，可用提拉法生長出高光學質量和大尺寸的晶體，生長條件為生長溫度1500℃，提拉速度為0.2~0.8毫米/小時，晶體轉速為10~20轉/分鐘。其可調諧範圍在700~1350nm之間，該晶體可望成為一種新的可調諧雷射晶體，並獲得實際應用。
文檔編號C30B29/34GK103173862SQ201310070800
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月6日 優先權日2013年3月6日
發明者王國富, 黃溢聲, 米紅星, 林州斌, 張莉珍 申請人:中國科學院福建物質結構研究所