專利名稱：摻釹鎢酸鑭鋰激光晶體及其制備方法
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，尤其是涉及一種作為固態激光器中的工作物質的激光晶體材料。
背景技術：
固體激光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。
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。Nd3+離子由于具有較好的光譜性能，被廣泛地用作激活離子；而鎢酸鹽由于具有較好的物理化學性能、易于生長出高光學質量的晶體，也成為激光基質材料的熱門之選。在鎢酸鹽體系中，目前已發現了較多摻Nd3+離子的激光晶體材料，其中較著名的有Nd3+:NaY(WO4)2、Nd3+:KY(WO4)2和Nd3+:KGd(WO4)2等，且都實現了激光輸出，但由于在晶體中都存在著不同的相結構，只能采用助熔劑法來生長，其生長周期長，所生長的晶體質量不夠理想。因此，有必要研制新的鎢酸鹽晶體材料。
發明內容
本發明的目的就在于，研制一種新的激光晶體，能夠直接使用閃光燈和LD泵浦，具有較高轉換效率、能發射1062nm波長激光，且較容易生長出高光學質量和較大尺寸的晶體材料。
本發明的Nd3+:LiLa(WO4)2晶體，屬于四方晶系，空間群為I4(1)/a(C4h6)。其中激光激活離子釹離子是作為摻雜離子，取代鑭離子的晶格位置，釹的摻雜濃度在0.5at％～15at％之間，熒光壽命(τ)為50～200μs，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1062nm波長的激光，可作為激光晶體。
由于鎢酸鑭鋰為同成分熔化的化合物，且只存在一個相結構，因此可采用提拉法來生長，提拉法生長摻釹鎢酸鑭鋰激光晶體，其主要生長條件如下生長溫度1065℃，晶體轉速10-35轉/分鐘，拉速0.5-2.0毫米/小時，生長氣氛為空氣。化學反應式為所用的原料純度如下
將生長出的基質晶體LiLa(WO4)2，在四圓衍射儀上進行了衍射數據的收集，結構分析表明，該晶體屬于四方晶系，空間群為I4(1)/a(C4h6)，晶胞參數為a＝b＝5.332，c＝11.523，V＝328.983，Dc＝3.152g/cm3。
將生長出的摻4.3at.％Nd3+的Nd3+:LiLa(WO4)2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Nd3+:LiLa(WO4)2晶體的主吸收峰在805nm，吸收躍遷截面1.88×10-20cm2，半峰寬(FWHM)18nm，在805nm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1062nm處有最強的熒光發射峰，其發射躍遷截面σem為21.7×10-20cm2，熒光壽命為141μs，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，Nd3+:LiLa(WO4)2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。
本發明制備的Nd3+:LiLa(WO4)2晶體可用提拉法非常容易地生長出質量優良的晶體，生長工藝穩定，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1062nm，該晶體可作為一種較好的激光晶體。
具體實施例方式
提拉法生長摻4.3at.％Nd3+的Nd3+:LiLa(WO4)2激光晶體將按化學反應式配比稱量的Li2CO3、La2O3、WO3和Nd2O3(所用化學藥品的純度均為99.99％)倒入研缽中，研磨、混勻后，壓片，放入馬弗爐中，在780℃固相合成48小時；取出后，重新研磨壓片，在900℃固相合成60小時后，即得到所需的Nd3+:LiLa(WO4)2生長原料。采用提拉法，在φ60×50mm鉑坩鍋中，生長溫度為1065℃，晶體轉速10-25轉/分鐘，拉速1.0毫米/小時，生長氣氛為空氣。生長出了尺寸為φ22×24mm3的高質量的Nd3+:LiLa(WO4)2晶體。經電子探針分析表明晶體中Nd3+離子含量為4.3at％。
權利要求
1.一種摻釹鎢酸鑭鋰激光晶體，其特征在于該激光晶體中鎢酸鑭鋰作為激光基質晶體，其分子式為LiLa(WO4)2，屬于四方晶系，空間群為I4(1)/a(C4h6)，晶胞參數為a＝b＝5.332，c＝11.523，V＝328.983，Dc＝3.152g/cm3；Nd3+離子作為激光激活離子，摻雜于晶體中，取代晶體中La3+離子的晶格位置，其摻雜濃度在0.5at.-15at.％之間。
2.一種權利要求1的激光晶體的制備方法，其特征在于該晶體采用提拉法，在1065℃溫度下，以10-35轉/分鐘的晶體轉速，0.5-2.0毫米/小時的拉速生長。
3.一種權利要求1的激光晶體的用途，其特征在于該晶體用于固體激光器中作為激光工作物質。
全文摘要
摻釹鎢酸鑭鋰激光晶體及其制備方法，涉及人工晶體領域。采用提拉法，在1065℃溫度下，以10－35轉/分鐘的晶體轉速，0.5－0.6毫米/小時的拉速生長。該晶體屬四方晶系，I4(1)/a(C
文檔編號H01S3/16GK1683609SQ200410030569
公開日2005年10月19日 申請日期2004年4月13日 優先權日2004年4月13日
發明者王國富, 黃新陽, 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