一種寬帶可調諧雷射晶體摻鉻鈮酸鋰的製作方法

2023-11-05 00:47:07 1

專利名稱：一種寬帶可調諧雷射晶體摻鉻鈮酸鋰的製作方法
技術領域：
本發明涉及雷射晶體材料領域。特別是涉及一種寬帶可調諧雷射晶體。
背景技術：
近幾年來，可調諧固體雷射器在工業、軍事和科研等許多領域已經得到廣泛的應用，人們越來越重視這一領域的研究工作，尤其受到人們關注的是以Cr3+作為激活離子的雷射晶體。據新近的報導(Laperle P，Snell KJ.Galarneau P.95』CLEO technicla digest.P16)，採用紅光LD泵浦的Cr3+:LSAF晶體已經實現了830～915nm的可調諧雷射輸出，轉換效率為16％，最高輸出功率為406mW，這是一項很有趣的工作，由此激發人們進一步研究以Cr3+作為激活離子的雷射晶體的興趣。
而鈮酸鋰LiNbO3(LN)是一種很重要的光學晶體材料，其晶體結構屬於六方晶系，晶胞參數為a＝5.148，b＝13.863，比重d＝4.64g/cm3，熔點為1253℃，可以採用提拉法生長晶體。它具有良好的機械、物理化學性能，它的光譜吸收邊是321nm，LN晶體的光譜吸收邊隨著Cr3+摻雜濃度的增加略有紅移，在484nm、657nm和725nm處存在有三個吸收峰。而在螢光譜上，Cr3+:LN晶體在700nm～1100nm存在一個寬帶發射峰，峰值波長為900nm，因此，Cr3+:LiNbO3晶體有望成為一種LD泵浦的全固態寬帶可調諧雷射晶體。用Cr3+:LiNbO3晶體製作的可調諧固體雷射器可廣泛應用於工業、軍事和科研等許多領域。
目前，國外(西班牙、印度、英國等)科學工作者G.A.Torchia，J.A.Sanz-Garcia，(J.Diaz-Caro et al.Chemical Physics Letters 288(1998)65；Rajeev Bhatt，S.Kar，K.S.Bartwal et al.Solid State Communications127(2003)457；F.Jaque，T.P.J.Han，V.Bermuudez et al.Journal of Luminescence102-103(2003)253.)對Cr3+:LN晶體進行了生長的工作，研究了Cr3+摻雜濃度對晶體螢光和吸收光譜的影響，探明了Cr3+離子取代的位置是Li和Nb格位，並且證明了共摻ZnO、MgO等材料可以提高晶體的光損傷閾值，探討了Cr3+:LN晶體作為可調諧雷射晶體的可能性，而國內的相應工作較少，未見有雷射輸出的報導。

發明內容
本發明的目的在於公開一種能夠在700nm～1100nm實現LD泵浦的全固態、寬帶可調諧的雷射材料。
實現本發明目的技術方案是採用提拉法生長Cr3+:LiNbO3單晶。所用原料為分析純Li2CO3、Nb2O5和光譜純的Cr2O3。根據下列反應式進行配料Cr2O3的含量為LiNbO3的0.1-0.5mol％，Cr3+取代部分Li+和Nb5+晶格位置。原料稱量後，用瑪瑙研缽研磨混合均勻壓片後裝入Φ70mm×70mm的鉑坩鍋內，在1000℃燒結一周，取出研磨混合均勻壓片後重新燒結。然後取出放於Φ55mm×30mm的鉑坩鍋內，置於提拉爐內，升溫至原料熔化，用嘗試籽晶法測定熔體的結晶點，開始下籽晶進行晶體生長，籽晶旋轉速率為4.5～15rpm，提拉速率為1.5～2mm/h，降溫速率為0.5～3℃/h。晶體生長完畢，把溫度升至熔點，同時快速提拉(拉速為4mm/h)把晶體提離熔體表面，進行退火，退火速率為15～35℃/h，退火完畢，可以得到綠色的晶體。


圖1是採用直管氙燈泵浦Cr3+:LiNbO3晶體棒的實驗裝置圖；圖2是採用自製的593nm波段的全固態雷射光源作為泵浦源泵浦塊狀的Cr3+:LiNbO3可調諧雷射晶體的實驗裝置圖。
具體實施例方式
實施例一採用提拉法生長Cr3+:LiNbO3單晶。所用原料為分析純Li2CO3、Nb2O5和光譜純的Cr2O3。根據下列反應式進行配料Cr2O3的含量為X＝0.1mol％。原料稱量後，用瑪瑙研缽研磨混合均勻壓片後裝入Φ70mm×70mm的鉑坩鍋內，在1000℃燒結一周，取出研磨混合均勻壓片後重新燒結。然後取出放於Φ55mm×30mm的鉑坩鍋內，置於提拉爐內，升溫至原料熔化(高於1253℃)，用嘗試籽晶法測定熔體的結晶點，開始下籽晶進行晶體生長，籽晶旋轉速率為4.5～15rpm，提拉速率為1.5～2mm/h，降溫速率為0.5～3℃/h。晶體生長完畢，把溫度升至熔點，同時快速提拉(拉速為4mm/h)把晶體提離熔體表面，進行退火，退火速率為15～35℃/h，退火完畢，可以得到綠色的晶體。
實施例二採用直管氙燈泵浦Cr3+:LiNbO3(Cr2O3的含量為LiNbO3的0.1-0.5mol％)晶體棒。實驗裝置如附圖1，圖中1是Cr3+:LiNbO3(Cr2O3的含量為LiNbO3的0.1-0.5mol％)晶體棒；2是直管氙燈；3是對λ＝700nm～1100nm波長全反射的介質鏡；4是對λ＝700nm～1100nm波長透射的介質鏡；5是可調濾光鏡；6是LPE-1A雷射能量計；7是脈衝雷射電源；8是聚光腔，為單橢圓腔，雷射棒和泵浦光源分別置於其中的一個焦點上。該單橢圓腔的長軸2a＝10mm，短軸為2b＝8.5mm，內側拋光鍍銀。LPE-1A能量計用於測量雷射輸出能量。如果把脈衝氙閃光燈換成重複率脈衝氙燈或連續發光的氪燈，則可以作成重複或連續的可調諧固體雷射器，這時最好採用冷卻裝置，可以採用水冷、風冷或半導體致冷。
實施例三採用自製的593nm波段的全固態雷射光源作為泵浦源泵浦塊狀的Cr3+:LiNbO3(Cr2O3的含量為LiNbO3的0.1-0.5mol％)可調諧雷射晶體。實驗裝置如附圖2，圖中9是塊狀Cr3+:LiNbO3(Cr2O3的含量為LiNbO3的0.1-0.5mol％)晶體；10是自製的593nm波段的全固態雷射泵浦源；11是對λ＝700nm～1100nm波長全反射和對593nm透射的介質鏡；12是對λ＝700nm～1100nm波長全透射和對593nm全反射的介質鏡；5是可調濾光鏡；6是LPE-1A雷射能量計。
權利要求
1.一種寬帶可調諧雷射晶體Cr3+:LiNbO3，其特徵在於，Cr2O3含量為LiNbO3的0.1-0.5mol％，該晶體在484nm、657nm和725nm處存在有三個吸收峰；而在螢光譜上，Cr3+:LiNbO3晶體在700nm～1100nm存在一個寬帶發射峰，峰值波長為900nm。
2.一種權利要求1的Cr3+:LiNbO3晶體的生長方法，其特徵在於，用提拉法生長技術生長Cr3+:LiNbO3晶體，其生長參數為籽晶旋轉速率為4.5～15rpm，提拉速率為1.5～2mm/h，降溫速率為0.5～3℃/h。
3.一種權利要求1的Cr3+:LiNbO3晶體的用途，其特徵在於，該晶體用於可調諧固體雷射器。
全文摘要
本發明闡述一種寬帶可調諧雷射晶體Cr
文檔編號G02F1/03GK1621894SQ200310115259
公開日2005年6月1日 申請日期2003年11月27日 優先權日2003年11月27日
發明者塗朝陽, 吳柏昌, 李堅富, 朱昭捷, 王燕, 遊振宇, 黃燕 申請人:中國科學院福建物質結構研究所