雙摻鐿鉺離子鉬酸釓鈉雷射晶體及其製備方法和用途的製作方法
2023-05-07 13:29:36
專利名稱：雙摻鐿鉺離子鉬酸釓鈉雷射晶體及其製備方法和用途的製作方法
技術領域：
本發明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。
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，已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。Er3+離子的能級豐富，發射波長從可見到近紅外共有九個躍遷通道，其中1.5μm和3.0μm兩個波段的雷射發射分別對應4I13/2→4I15/2和4I11/2→4I15/2能級之間的躍遷。1.5μm雷射對人眼安全，人體細胞組織對3.0μm雷射強烈吸收，因此以Er3+離子為激活離子的雷射晶體在通訊和醫療等領域應用前景廣闊。但是由於Er3+離子對泵浦光的弱吸收、吸收截面小、雷射下能級壽命過長等原因，存在著雷射效率低、閾值功率高等缺點，所以為了得到令人滿意的系統效率，通常摻入其他的稀土離子作為敏化劑，以提它的雷射輸出效率。在摻Er3+離子的雷射材料中摻入Yb3+離子作為敏化劑，Yb3+離子吸收了泵浦光的能量後，將能量轉移給Er3+離子，可以達到提高對泵浦光的吸收效率和降低雷射振蕩閾值的目的。而且在600-1000nm區域Yb3+離子強的吸收譜帶，很容易與商業化的LD泵浦帶匹配。
發明內容
本發明的目的就在於研製一種新的雷射晶體Yb3+/Er3+:NaGd(MoO4)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+/Er3+:NaGd(MoO4)2晶體屬於四方晶系，具有I4(1)/a空間群結構。其中鉺離子是作為摻雜離子，鐿離子是作為敏化離子，同時取代釓離子的晶格位置。當鉺的摻雜濃度為1at.％左右，鐿的摻雜濃度為10at.％左右時，其螢光壽命(τ)為4～5ms。實驗結果表明其可輸出550nm和1500nm左右波長的雷射，可作為雷射晶體。
Yb3+/Er3+:NaGd(MoO4)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Na2CO3+Gd2O3+4MoO3＝2NaGd(MoO4)2+CO2的比例進行稱樣、混合、壓片、燒結，而Er2O3、Yb2O3則按所需濃度加入。所用原料為
其主要生長條件如下生長是在鉑金坩鍋中、富氧氣氛(空氣)下進行，晶體生長的參數為生長溫度1173℃，提升速度為0.5～1.0毫米/小時，晶體轉速10～30轉/分鐘，生長出了高質量的Yb3+/Er3+:NaGd(MoO4)2晶體。
將生長出的Yb3+/Er3+:NaGd(MoO4)2晶體，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(1)/a，晶胞參數為a＝b＝5.21，c＝11.41，V＝3103，Dc＝5.36g/cm3。
將生長出的Yb3+/Er3+:NaGd(MoO4)2晶體進行偏振吸收光譜、螢光光譜及螢光壽命等的分析測試，結果表明摻0.75at.％Er3+和5.52at.％Yb3+的Yb3+/Er3+:NaGd(MoO4)2晶體的主吸收峰在976nm和1501nm處，對於π偏振在1501nm處的吸收係數為3.10cm-1，對於σ偏振在1501nm處的吸收係數為2.67cm-1。另外，其在波長550nm和1537nm附近有強的螢光發射峰，螢光壽命為4.69ms，因為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，Yb3+/Er3+:NaGd(MoO4)2晶體能得到較大功率的雷射輸出，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+/Er3+:NaGd(MoO4)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；晶體的維氏硬度為334VDH，硬度適中，便於加工；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550nm和1500nm左右，該晶體可作為一種較好的雷射晶體。
具體實施例方式
實施例1提拉法生長摻雜濃度為1.0at.％Er3+和10at.％Yb3+的Yb3+/Er3+:NaGd(MoO4)2雷射晶體。
將按配比準確稱量好的Na2CO3、Gd2O3、MoO3、Er2O3、Yb2O3混合研磨均勻，壓片後，放入Φ80×80mm3的剛玉坩鍋中，在馬弗爐中於650℃固相反應24小時；取出後，重新研磨壓片再升溫至850℃反應24小時。將合成好的以上樣品放入Φ50×40mm3的鉑金坩鍋中，採用提拉法，在空氣氣氛中，生長溫度為1173℃，晶體轉速為30轉/分鐘，拉速為1毫米/小時的情況下，生長出了尺寸為Φ20×37mm3的高質量的Yb3+/Er3+:NaGd(MoO4)2晶體。經ICP測試表明晶體中Er3+離子含量為0.75at.％，Yb3+離子含量為5.52at.％。
權利要求
1.一種雙摻鐿鉺離子鉬酸釓鈉雷射晶體，其特徵在於該晶體的分子式為Yb3+/Er3+:NaGd(MoO4)2，摻雜濃度分別為Er3+0.1at.-5at.％，Yb3+0.5at.-15at.％，屬於四方晶系，空間群為I4(1)/a，晶胞參數為a＝b＝5.21，c＝11.41，V＝3103，Dc＝5.36g/cm3。
2.一種權利要求1的雙摻鐿鉺離子鉬酸釓鈉雷射晶體的製備方法，其特徵在於該晶體採用提拉法生長。
3.如權利要求2所述的製備方法，其特徵在於所述的提拉法以Gd2O3、Na2CO3、MoO3、Er2O3和Yb2O3為原料，晶體生長的參數為生長溫度1173℃左右，提升速度為0.5～1.0毫米/小時，晶體轉速為10～30轉/分鐘。
4.一種權利要求1的雙摻鐿鉺離子鉬酸釓鈉雷射晶體的用途，其特徵在於該晶體用於固體雷射器中作為雷射工作物質。
全文摘要
雙摻鐿鉺離子鉬酸釓鈉雷射晶體及其製備方法和用途，涉及人工晶體領域，特別是涉及一種雷射晶體雙摻鐿鉺離子鉬酸釓鈉(Yb
文檔編號H01S3/16GK101037804SQ200610067569
公開日2007年9月19日 申請日期2006年3月17日 優先權日2006年3月17日
發明者王國富, 李修芝, 林州斌, 張莉珍 申請人:中國科學院福建物質結構研究所