專利名稱：摻釹硼酸釔鍶激光晶體的制作方法
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，尤其是涉及一種固態激光器中的工作物質的激光晶體材料。
背景技術：
激光晶體是固體激光器的工作物質，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并將其轉化為激光輸出的發光材料。激光晶體的各種物理和化學性質主要由基質材料決定，而其光譜特性和熒光壽命等則由激活離子的能級結構決定。自1960年，研制成功人造紅寶石脈沖激光器以來，迄今為止，已發現了數百種激光晶體，但因各種原因，能真正得到實際應用的激光晶體只有十來種。
目前，應用最廣泛的激光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，且易于生長出高光學質量、大尺寸的優質晶體。但它存在著吸收譜線窄，不適宜于用LD來進行泵浦的缺點，而LD泵浦將是今后激光泵浦源的發展方向。
積極尋找各種物理、化學性能和機械性能優異，且易于生長出高光學質量、大尺寸的優質激光晶體材料，而且該晶體要適合于LD泵浦，這是目前各國科學家正在進行的工作。釹離子由于具有較好的光譜性能，廣泛地被用作激活離子；而硼酸鹽由于具有較好的物理化學和機械性能，也成為激光基質材料的熱門之選。
發明內容
本發明的目的就在于研制一種新的激光晶體摻釹硼酸釔鍶Nd:Sr3Y2(BO3)4，它能夠直接使用閃光燈和LD泵浦，是具有較高轉換效率的激光晶體材料。Nd:Sr3Y2(BO3)4晶體屬于正交晶系，具有Pnma空間群結構。其中釹離子是作為摻雜離子，取代釔離子的晶格位置，釹的摻雜濃度在0.5at％～15at％之間，熒光壽命(τ)為71.3-45.2μs，其熒光壽命是釹離子濃度的函數，可根據不同的需要摻入不同濃度的釹離子。實驗結果表明其可輸出1060nm波長的激光，可作為激光晶體。
Nd:Sr3Y2(BO3)4晶體是一種同成分熔化的化合物，可采用提拉法生長，按化學反應式的比例進行稱樣、混合、壓片，而Nd2O3則按所需濃度加入，所用原料為Nd2O3(純度99.95％，中科院長春應用化學研究所)、Y2O3(純度99.99％，中科院長春應用化學研究所)、SrCO3(純度99.95％，中國醫藥集團上海化學試劑公司)、H3BO3(純度99.99％，北京化工廠)，生長采用鉑坩鍋、在惰性氣體(如N2、Ar等)氣氛下進行，晶體生長的參數為生長溫度1313～1358℃左右，提拉速度為0.5～2.mm/h，晶體轉速為15～30rmp，生長出了高質量的Nd:Sr3Y2(BO3)4晶體。
將生長出的Nd:Sr3Y2(BO3)4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，其屬于正交晶系，空間群為Pnma，晶胞參數為a＝8.70167，b＝15.96203，c＝7.39176，V＝1026.693，Z＝4，采用油浸法測得其折射率為1.74。
將生長出的Nd:Sr3Y2(BO3)4晶體，進行吸收光譜、熒光光譜及熒光壽命等的分析測試，結果表明(以摻5at％Nd3+的Sr3Y2(BO3)4晶體為例)Nd:Sr3Y2(BO3)4晶體的主吸收峰在807nm，其半峰寬為15nm，吸收躍遷截面為6.36×10-20cm2，在807nm處較大的半峰寬非常適合于采用AsGaAl半導體激光來進行泵浦，有利于激光晶體對泵浦光的吸收，提高泵浦效率。其在1060nm處的發射躍遷截面σem為1.07×10-19cm2，半峰寬(FWHM)為30.2nm，熒光壽命為51.7μs，因為熒光壽命長的晶體能在上能級積累更多的粒子，增加了儲能，有利于器件輸出功率和輸出能量的提高。因此，Nd:Sr3Y2(BO3)4晶體能得到較大的輸出，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激光晶體。
Nd:Sr3Y2(BO3)4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，晶體質地堅硬，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泵浦獲得激光輸出，激光輸出波長為1060nm，該晶體可作為一種較好的激光晶體。用該晶體制成的固體激光器用于光譜學、生物醫學、軍事等諸多領域。
本發明的Nd:Sr3Y2(BO3)4晶體是一種同成份熔化的化合物，可以采用提拉法生長，其生長周期短、可獲得高質量大尺寸的晶體。我們在實驗過程中找到合適的固相合成方法及較佳的生長條件，采用提拉法已生長出尺寸為Φ24.6mm×56mm的高光學質量的晶體。
具體實施例方式
實現本發明的優選方式如下實施例1提拉法生長摻雜濃度為2.0at.％Nd3+的Nd:Sr3Y2(BO3)4激光晶體。
將按配比準確稱量好的SrCO3、Y2O3、H3BO3、Nd2O3混合研磨均勻，壓片后，放入φ60×40mm3的鉑坩鍋中，在馬弗爐中于900℃固相反應12小時，再升溫至1020℃反應10小時。將合成好的以上樣品放入提拉爐中，采用提拉法，在N2氣氛中，生長溫度為1313℃、晶體轉速為10rmp，拉速為1mm/h的情況下，生長出了尺寸為30×28×20mm3的高質量的Nd3+含量為2.0at.％的Nd:Sr3Y2(BO3)4晶體。
實施例2提拉法生長摻雜濃度為5.0at.％Nd3+的Nd:Sr3Y2(BO3)4激光晶體。
將按配比準確稱量好的SrCO3、Y2O3、H3BO3、Nd2O3混合研磨均勻，壓片后，放入φ60×40mm3的鉑坩鍋中，在馬弗爐中于950℃固相反應10小時，再升溫至1050℃反應8小時。將合成好的以上樣品放入提拉爐中，采用提拉法，在Ar氣氛中，生長溫度為1330℃、晶體轉速為5rmp，拉速為0.7mm/h的情況下，生長出了尺寸為27×25×23mm3的高質量的Nd3+含量為5.0at.％的Nd:Sr3Y2(BO3)4晶體。
權利要求
1.一種摻釹硼酸釔鍶激光晶體，其特征在于該晶體的分子式為Nd:Sr3Y2(BO3)4，屬于正交晶系，空間群為Pnma，晶胞參數為a＝8.70167，b＝15.96203，c＝7.39176，V＝1026.693，Z＝4，折射率為1.74。
2.如權利要求1所述的摻釹硼酸釔鍶激光晶體，其特征在于在該晶體中，Nd3+離子作為摻雜離子，取代晶體中Y3+離子的晶格位置，其摻雜濃度為0.5at～15at％。
3.一種權利要求1的摻釹硼酸釔鍶激光晶體的制備方法，其特征在于該晶體采用提拉法生長，晶體的生長溫度為1313～1358℃，提拉速度為0.5～2mm/h，晶體轉速為15～30rmp。
4.一種權利要求1的摻釹硼酸釔鍶激光晶體的用途，其特征在于該晶體用于固體激光器中作為激光工作物質，使用閃光燈或激光二極管(LD)作為泵浦源，激發產生1060nm波長的激光輸出。
5.一種權利要求1的摻釹硼酸釔鍶激光晶體的用途，其特征在于用該晶體制成的固體激光器用于光譜學、生物醫學、軍事等諸多領域。
全文摘要
本發明涉及人工晶體領域，特別是涉及一種激光晶體材料摻釹硼酸釔鍶Nd:Sr
文檔編號C01B35/12GK1621575SQ20031011667
公開日2005年6月1日 申請日期2003年11月26日 優先權日2003年11月26日
發明者王國富, 張彥, 林州斌, 胡祖樹, 張莉珍 申請人:中國科學院福建物質結構研究所