摻鉻鎢酸鈧鉀可調諧雷射晶體的製作方法

2023-11-05 00:58:27 2

專利名稱：摻鉻鎢酸鈧鉀可調諧雷射晶體的製作方法
技術領域：
本發明涉及光電子功能材料技術領域，尤其是涉及一種作為可調諧固態雷射器中的工作物質的雷射晶體材料。
背景技術：
可調諧雷射技術是雷射領域中很重要的分支，其在一定的波長範圍內能實現雷射連續調諧輸出。可調諧雷射技術在科學技術和國防建設上具有十分重要的意義。可調諧雷射器是各種雷射光譜技術研究的主要技術設備，也是光學、光電子學、醫學、生物學等研究的重要光源。在軍事上，可調諧雷射器將是未來光電子對抗的重要雷射光源之一，如雷射雷達、雷射通信、雷射水下探測和通信、雷射遙感、雷射致盲等。作為可調諧雷射器工作物質之一的可調諧雷射晶體，因為其獨特的性能和重要的應用，也逐漸成為雷射技術領域發展的一個熱點。二十世紀八十年代雷射二極體(LD)作為泵浦源的應用為可調諧雷射晶體的發展注入了新的活力，雷射二極體(LD)與傳統泵浦源相比，具有體積小、效率高、壽命長、光束質量高以及穩定性好等優點。它的應用不僅提高了效率而且使可調諧雷射器進入了全固態化階段，增加了其在應用中的競爭力。因此探索適合LD泵浦的可調諧雷射晶體引起了人們重視。目前人們研究的熱點是用適合LD泵浦的可調諧晶體產生近紅外可調諧雷射，這種雷射廣泛應用於生物學顯微、超快雷射、通訊、環境監測等領域。人們研究最多的、已進入應用領域的近紅外可調諧雷射晶體是Ti3+:A1203(摻鈦藍寶石)和Cr3+:Li CaAlF6、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。Ti3+IAl2O3晶體的主要缺點是它不能直接用半導體雷射器泵浦，而且在該晶體中存在Ti3+-Ti4+離子對，使其在雷射輸出波段內出現吸收，影響了它的雷射性能，而且由於其雷射上能級壽命短(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，這就限制了它的應用。Cr3+:LiCaAlF6, 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。但也存在著熱性能差、吸收係數小、LD泵浦的雷射效率低等問題。目前國內外都在積極尋找調諧波段更寬、能夠直接使用LD泵浦的近紅外可調諧雷射晶體材料。

發明內容
本發明的目的就在於研製一種新的近紅外可調諧雷射晶體，能夠直接使用LD和閃光燈泵浦的、寬調諧的可調諧雷射晶體材料。Kk (WO4)2屬於三方晶系，具有Ptol (D3d3)空間群結構，是一種很好的雷射晶體
基質材料，鉻離子是作為摻雜離子可以很容易的取代鈧離子的晶格位置。其摻雜濃度在 0.2at% 3at%之間。螢光壽命(τ )為10 30 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750 1200nm之間，可作為可調諧雷射晶體。本發明採用如下技術方案1、一種摻鉻鎢酸鈧鉀可調諧雷射晶體，其特徵在於該晶體的分子式為 Cr3+ KSc (WO4)2,屬於三方晶系，具有P3ml (D3d)空間群結構，晶胞參數為a=5.892人， C= 7.660A,V=230.3A3,Z = 1，Dc = 4. 41g/cm3，可產生可調諧雷射。2、如項1所述的摻鉻鎢酸鈧鉀可調諧雷射晶體，其特徵在於鉻離子是作為摻雜離子，取代鈧離子的晶格位置，其摻雜濃度在0. 2at% 3at%之間。3、如項1所述的摻鉻鎢酸鈧鉀可調諧雷射晶體，其特徵在於作為摻雜離子的鉻離子其價態為+3價。4、一種項1所述的摻鉻鎢酸鈧鉀可調諧雷射晶體的製備方法，其特徵在於該晶體採用熔鹽頂部籽晶法生長，所用助熔劑為K2W2O7，濃度控制在IOat 40at%之間，生長溫度在650 800°C之間，降溫速率為1 5°C /天，晶體轉速為5 30rpm。5、一種如項1所述的摻鉻鎢酸鈧鉀可調諧雷射晶體的用途，其特徵在於該晶體用於可調諧固體雷射器中作為工作物質，可獲得寬調諧的雷射輸出，其可調諧範圍在 750 1200nm 之間。6、如項1、2或3所述的摻鉻鎢酸鈧鉀可調諧雷射晶體的用途，其特徵在於該晶體可使用雷射二極體(LD)或閃光燈作為泵浦源，激發產生可調諧雷射輸出。7、如項1、2或3所述的摻鉻鎢酸鈧鉀可調諧雷射晶體的用途，其特徵在於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。摻鉻鎢酸鈧鉀雷射晶體及其製備方法我們經過實驗找到了生長Cr3+ = KSc(WO4)2 晶體的較理想的助熔劑=K2W2O7,以及最佳的生長條件，並生長出了高質量的晶體 Cr3+= Kk(TO4)2 (見實施例 1 和 2)。具體的化學反應式如下K2C03+Sc203+4W03 = 2KSc (WO4) 2+C02K2C03+2W03 = K2ff207+C02助熔劑方法生長摻鉻鎢酸鈧鉀雷射晶體，其主要生長條件如下所用助熔劑為 K2W2O7，助熔劑總的濃度控制在60 90at%之間，生長溫度在650 800°C之間，降溫速率為1 5°C /天，晶體轉速為5 30rpm。將生長出的Cr3+ = Kk(WO4)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，其屬於三方晶系，a=5.892A，c= 7.660A,V=230.3A3, Z = 1，Dc = 4. 4lg/cm3。將生長出的Cr3+ = Kk(WO4)2晶體，進行吸收光譜、螢光光譜及螢光壽命等的分析測試。從Cr3+= Kk(WO4)2晶體的室溫下的吸收光譜，可見在450 560nm和600 850nm之間有兩個強的吸收譜帶，其峰值分別為469nm和684nm，兩個吸收帶寬均約為lOOnm，而且可方便用LD和閃光燈進行泵浦，較寬的吸收峰有利於晶體對泵浦光的吸收，提高了輸出功率。從Cr3+= Kk(WO4)2晶體的室溫下的螢光光譜，可見在900nm有很強的螢光發射， 其峰寬為710 1200nm，其半峰寬為200nm左右，發射截面為4. 8X 10_2°cm2，螢光壽命為 19. 8 μ S。可在750 1200納米之間進行調諧。從上所述可見，本發明的摻鉻鎢酸鈧鉀可調諧雷射晶體，具有能夠用熔鹽法非常容易地生長出質量優良的晶體，生長工藝穩定，具有良好的導熱性能，有優良的光學特性，原料易得、可調諧雷射波段寬、能夠直接使用閃光燈和LD泵浦等諸多優點，該晶體可作為一種較好的雷射晶體。
具體實施例方式摻鉻鎢酸鈧鉀可調諧雷射晶體及其製備方法，實現本發明的實驗優選方式如下實施例1 以K2W2O7為助熔劑生長生長摻雜濃度為0. 4at. % Cr3+的Cr3+ KSc (WO4) 2 雷射晶體。生長原料為KSc (TO4)2 K2W2O7 = 1 4 (摩爾比)，摻入1. 0at%的Cr3+離子。採用熔鹽頂部籽晶法，在Φ 60 X 50mm鉬坩鍋中，生長溫度為950 — 820°C之間，以2°C /天的降溫速率，15轉/分鐘的晶體轉速，生長出了尺寸為31X25X 20mm3的高質量的Cr3+ KSc (WO4) 2 晶體。經ICP(等離子發射光譜)分析表明晶體中Cr3+離子含量為0.4at%。。實施例2 以K2W2O7為助熔劑生長生長摻雜濃度為0. 82at. % Cr3+的Cr3+ KSc (WO4) 2 雷射晶體。生長原料為KSc (WO4) 2 K2W2O7 =1 3.5(摩爾比)，摻入2. Oat %的Cr3+離子。採用熔鹽頂部籽晶法，在Φ 60 X 50mm鉬坩鍋中，生長溫度為980 — 850°C之間，以3°C /天的降溫速率，20轉/分鐘的晶體轉速，生長出了尺寸為35X 30 X 26mm3的高質量的Cr3+ KSc (WO4) 2 晶體。經ICP(等離子發射光譜)分析表明晶體中Cr3+離子含量為0.82at%。
權利要求
1.一種摻鉻鎢酸鈧鉀可調諧雷射晶體，其特徵在於該晶體的分子式為 Cr3+ = Kk(WO4)2，屬於三方晶系，具有P.:.ml (D3d3)空間群結構，晶胞參數為日=5.892人，
2.如權利要求1所述的摻鉻鎢酸鈧鉀可調諧雷射晶體，其特徵在於鉻離子是作為摻雜離子，取代鈧離子的晶格位置，其摻雜濃度在0. 2at% 3at%之間。
3.如權利要求1所述的摻鉻鎢酸鈧鉀可調諧雷射晶體，其特徵在於作為摻雜離子的鉻離子其價態為+3價。
4.一種權利要求1所述的摻鉻鎢酸鈧鉀可調諧雷射晶體的製備方法，其特徵在於該晶體採用熔鹽頂部籽晶法生長，所用助熔劑為K2W2O7，濃度控制在IOat 40at%之間，生長溫度在750 1000°C之間，降溫速率為1 5°C /天，晶體轉速為5 30rpm。
5.一種如權利要求1所述的摻鉻鎢酸鈧鉀可調諧雷射晶體的用途，其特徵在於該晶體用於可調諧固體雷射器中作為工作物質，可獲得寬調諧的雷射輸出，其可調諧範圍在 750 1200nm 之間。
6.如權利要求1、2或3所述的摻鉻鎢酸鈧鉀可調諧雷射晶體的用途，其特徵在於該晶體可使用雷射二極體LD或閃光燈作為泵浦源，激發產生可調諧雷射輸出。
7.如權利要求1、2或3所述的摻鉻鎢酸鈧鉀可調諧雷射晶體的用途，其特徵在於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。
全文摘要
本發明提供了一種摻鉻鎢酸鈧鉀可調諧雷射晶體。本發明採用60～90at％K2W2O7為助熔劑，降溫速率為1～5℃/天，轉速為5～30轉/分鐘，生長出了高質量、較大尺寸的Cr3+:KSc(WO4)3晶體。該晶體屬三方晶系，具有空間群結構。該晶體可作為可調諧雷射晶體，其可調諧範圍在750～1200nm之間，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C30B29/32GK102560669SQ201110344158
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月4日 優先權日2010年12月16日
發明者張莉珍, 林州斌, 王國富, 王國建, 黃溢聲 申請人:中國科學院福建物質結構研究所