提高釔鋁石榴石晶體中Cr的製作方法

2023-05-07 17:53:01

專利名稱：提高釔鋁石榴石晶體中Cr的製作方法
技術領域：
本發明涉及釔鋁石榴石晶體，特別是一種提高釔鋁石榴石晶體中Cr4+螢光壽命的方法。
背景技術：
摻Cr4+雷射晶體(Cr4+∶Mg2SiO4、Cr4+∶YAG)成為繼Ti∶Al2O3晶體(0.6～1.1μm)之後，有望在1～1.6μm波段實現可調諧、超快雷射輸出、被動調製的重要雷射晶體材料。Cr4+作為一種新的發光中心，其獨特的調諧波段，填補了固體可調諧雷射在近紅外波段的空白，輔以雷射倍頻技術，可以與Ti∶Al2O3一起實現波長從600-1600nm全波段範圍可調諧。Cr4+雷射器可廣泛應用於光通訊、醫學、光雷達、遙感、紅外高分辯率以及雷射技術、基礎科學等領域。
1993年美國學者H.Eilers等人在室溫下實現了Cr4+∶YAG雷射器的運行，獲得了1.32～1.53μm雷射輸出(「Performance of a Cr:YAG laser」，發表在IEEE Jornal of Quantum Electronics 29(1993)2508-2512)。但是該波段的高閾值、低效率雷射一直制約著Cr4+雷射器件的發展。

發明內容
本發明的目的是提供一種提高釔鋁石榴石晶體中Cr4+螢光壽命的方法，生長出Yb3+，Cr4+:YAG晶體，以實現Cr4+的高效雷射運轉。
本發明方法的關鍵技術是在YAG基質中同時引入Cr4+和Yb3+，在Cr4+:YAG晶體添加Yb3+，生長出Yb3+，Cr4+:YAG晶體，利用Yb3+在940nm附近強的吸收，然後將能量轉移到Cr4+，可以提高Cr4+的螢光壽命，從而實現Cr4+的高效雷射運轉。
本發明的具體實施方案如下一種提高釔鋁石榴石晶體中Cr4+螢光壽命的方法，特徵是在YAG基質中同時引入Cr4+和Yb3+，利用晶體生長方法生長Yb3+Cr4+:YAG晶體。
所述的提高釔鋁石榴石晶體中Cr4+螢光壽命的方法中Yb3+Cr4+:YAG晶體的生長方法包括下列步驟1原料配方本發明的原料按化學反應式進行配方
其中；0.05≤x≤0.50.0005≤y≤0.01y≤z≤5y2採用熔體法生長Yb3+，Cr4+:YAG單晶按上述1選定配比並稱量所有原料，原料充分混合均勻後在液壓機上壓製成塊，然後裝入坩堝內，採用熔體法生長上述單晶體；3將上述2生長的Yb3+，Cr4+:YAG晶體，在氧氣氣氛中於1300℃退火36小時，然後緩慢降至室溫。
所述的Yb3+Cr4+:YAG晶體的生長方法為提拉法，坩堝材料為銥，籽晶採用經X射線衍射儀精確定向端面法線方向為[111]的YAG單晶棒，晶體生長在高純Ar氣氛中進行。
所述的Yb3+Cr4+:YAG晶體的生長方法為坩堝下降法或溫度梯度法，其坩堝材料採用高純石墨，坩堝底部可以不放籽晶，或放入YAG單晶棒，晶體生長在高純Ar氣氛中進行。
對用上述方法生長的雷射晶體進行螢光壽命測試的結果在室溫下測試其螢光壽命，採用940nm二極體做為泵浦源，日本東芝公司的V-1050F 100MHz型示波器觀測和記錄螢光壽命。結果如圖1所示，圖1為Yb，Cr4+:YbAG晶體的螢光衰減曲線，從圖中可以看出Cr4+的螢光衰減為2次衰減，其中慢衰減佔93％，因而，可以認為Cr4+的螢光壽命為410μs，而單摻Cr4+:YAG晶體的螢光壽命小於10μs，在示波器檢測範圍以外。
本發明採用Yb3+做為敏化劑，與Cr4+共摻入YAG中生長出Yb，Cr4+:YAG單晶體，此晶體在0.9～1.1μm有強的吸收，適合InGaAs雷射二極體泵浦，晶體中存在Yb3+→Cr4+高效能量轉移，大大提高了Cr4+的螢光壽命和雷射效率。


圖1為本發明方法生長的Yb3+，Cr4+:YAG晶體在1.35μm附近的螢光衰減曲線具體實施方式
下面結合實施例和附圖對本發明作進一步說明，但不應以此限制本發明的保護範圍。
實施例1.
將Yb2O3，Y2O3，Al2O3，Cr2O3和CaCO3高純原料按照x＝0.05，y＝0.0001，z＝5y/3稱量。混合均勻後在液壓機上壓製成塊，放於銥坩堝內，採用提拉法生長晶體，籽晶採用經X射線衍射儀精確定向端面法線方向為[111]的YAG單晶棒，晶體生長在高純Ar氣氛中進行。
實施例2.
將Yb2O3，Y2O3，Al2O3，Cr2O3和CaCO3高純原料按照x＝0.05，y＝0.0005，z＝5y/3稱量。混合均勻後在液壓機上壓製成塊，放於銥坩堝內，採用提拉法生長晶體，籽晶採用經X射線衍射儀精確定向端面法線方向為[111]的YAG單晶棒，晶體生長在高純Ar氣氛中進行。
實施例3.
將Yb2O3，Y2O3，Al2O3，Cr2O3和CaCO3高純原料按照x＝0.05，y＝0.0005，z＝10y/3稱量。混合均勻後在液壓機上壓製成塊，放於銥坩堝內，採用提拉法生長晶體，籽晶採用經X射線衍射儀精確定向端面法線方向為[111]的YAG單晶棒，晶體生長在高純Ar氣氛中進行。
實施例4.
將Yb2O3，Y2O3，Al2O3，Cr2O3和CaCO3高純原料按照x＝0.05，y＝0.0005，z＝5y稱量。混合均勻後在液壓機上壓製成塊，放於石墨坩堝內，坩堝底部無籽晶。採用溫度梯度法，在高純Ar氣氛中生長晶體。
實施例5.
將Yb2O3，Y2O3，Al2O3，Cr2O3和CaCO3高純原料按照x＝0.05，y＝0.001，z＝5y/3稱量。混合均勻後在液壓機上壓製成塊，放於石墨坩堝內，坩堝底部無籽晶。採用溫度梯度法，在高純Ar氣氛中生長晶體。
實施例6.
將Yb2O3，Y2O3，Al2O3，Cr2O3和CaCO3高純原料按照x＝0.05，y＝0.01，z＝5y/3稱量。混合均勻後在液壓機上壓製成塊，放於石墨坩堝內，坩堝底部無籽晶。採用溫度梯度法，在高純Ar氣氛中生長晶體。
實施例7.
將Yb2O3，Y2O3，A12O3，Cr2O3和CaCO3高純原料按照x＝0.1，y＝0.0005，z＝10y/3稱量。原料混合均勻後在液壓機上壓製成塊，放於石墨坩堝內，坩堝底部放有經X射線衍射儀精確定向端面法線方向為[111]的YAG單晶棒作為籽晶。裝好原料的石墨坩堝放入坩堝下降爐內，在高純Ar氣氛中生長晶體。
實施例8.
將Yb2O3，Y2O3，Al2O3，Cr2O3和CaCO3高純原料按照x＝0.2，y＝0.00075，z＝5y/3稱量。原料混合均勻後在液壓機上壓製成塊，放於石墨坩堝內，坩堝底部放有經X射線衍射儀精確定向端面法線方向為[111]的YAG單晶棒作為籽晶。裝好原料的石墨坩堝放入坩堝下降爐內，在高純Ar氣氛中生長晶體。
實施例9.
將Yb2O3，Y2O3，Al2O3，Cr2O3和CaCO3高純原料按照x＝0.5，y＝0.002，z＝10y/3稱量。原料混合均勻後在液壓機上壓製成塊，放於石墨坩堝內，坩堝底部放有經X射線衍射儀精確定向端面法線方向為[111]的YAG單晶棒作為籽晶。裝好原料的石墨坩堝放入坩堝下降爐內，在高純Ar氣氛中生長晶體。
對上述實施例生長的雷射晶體進行螢光壽命測試的結果如圖1所示，圖1為Yb，Cr4+:YbAG晶體的螢光衰減曲線，從圖中可以看出Cr4+的螢光衰減為2次衰減，其中慢衰減佔93％，因而，可以認為Cr4+的螢光壽命為410μs，而單摻Cr4+:YAG晶體的螢光壽命小於10μs，在示波器檢測範圍以外。
權利要求
1.一種提高釔鋁石榴石晶體中Cr4+螢光壽命的方法，特徵是在YAG基質中同時引入Cr4+和Yb3+，利用晶體生長方法生長Yb3+Cr4+:YAG晶體。
2.根據權利要求1所述的提高釔鋁石榴石晶體中Cr4+螢光壽命的方法，其特徵是所述的Yb3+Cr4+:YAG晶體的生長方法包括下列步驟1原料配方原料按化學反應式進行配方其中；0.05≤x≤0.50.0005≤y≤0.01y≤z≤5y；2採用熔體法生長Yb3+，Cr4+:YAG單晶按上述1中配方選定配比x、y、z，並稱量所有原料，原料充分混合均勻後在液壓機上壓製成塊，然後裝入坩堝內，採用熔體法生長上述單晶體；3將上述2生長的Yb3+，Cr4+:YAG晶體，在氧氣氣氛中於1300℃退火36小時，然後緩慢降至室溫。
3.根據權利要求2所述的提高釔鋁石榴石晶體中Cr4+螢光壽命的方法，其特徵是所述的Yb3+Cr4+:YAG晶體的生長方法為提拉法，坩堝材料為銥，籽晶採用經X射線衍射儀精確定向端面法線方向為[111]的YAG單晶棒，晶體生長在高純Ar氣氛中進行。
4.根據權利要求2所述的提高釔鋁石榴石晶體中Cr4+螢光壽命的方法，其特徵是所述的Yb3+Cr4+:YAG晶體的生長方法為坩堝下降法或溫度梯度法，其坩堝材料採用高純石墨，坩堝底部可以不放籽晶，或放入YAG單晶棒，晶體生長在高純Ar氣氛中進行。
全文摘要
一種提高釔鋁石榴石晶體中Cr
文檔編號C09K11/77GK1834200SQ200610025929
公開日2006年9月20日 申請日期2006年4月21日 優先權日2006年4月21日
發明者徐曉東, 徐軍, 趙志偉 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所