專利名稱:飛秒激光誘導(dǎo)制備溴鉛化鉀色心激光晶體和波導(dǎo)晶體材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及晶體材料領(lǐng)域,特別涉及一種采用飛秒激光誘導(dǎo)制備KPb2Br5色心激光晶體和波導(dǎo)晶體材料。
背景技術(shù):
堿金屬鹵化物經(jīng)過飛秒激光照射后可以產(chǎn)生大量的色心,例如V3、F、F2、N、R2和R1等,其中的F2等色心可以制作色心激光增益介質(zhì)而應(yīng)用于色心激光器。而幾乎每一種色心都在近紅外至中紅外(2500nm~5000nm)的不同波段處有很寬的熒光發(fā)射帶,其激活色心的發(fā)射截面很大(約為10-16~10-17cm2),比其它常見的稀土或過渡族離子激活的高增益介質(zhì)(例如Nd:YAG晶體)大3~5個數(shù)量級,同時激活色心的吸收帶大多在可見光區(qū)或近紅外邊緣,帶寬很寬,有利于采用常用的泵浦源抽運。
目前,KCl:Li+、KCl:Li+、KCl:Na+、RbCl:Li+、KI和KBr都可以產(chǎn)生色心,并在低溫下實現(xiàn)了0.9~5.0μm的激光輸出。同時,科學家們也已經(jīng)在LiF和KCl晶體中采用飛秒激光誘導(dǎo)產(chǎn)生了具有激光功能的色心,并且在泵浦光激發(fā)下產(chǎn)生了熒光,在LiF晶體中也已經(jīng)形成了直線波導(dǎo)。
飛秒激光的能量通過多光子吸收和雪崩電離傳遞給透明玻璃或晶體材料,其超快的能量傳遞,使得激光照射點局部產(chǎn)生了很高的溫度和壓力,照射點周圍的物質(zhì)在高溫高壓下向四周膨脹,冷卻后,便產(chǎn)生了中間密度低,四周密度高的結(jié)構(gòu),從而折射率產(chǎn)生規(guī)則的變化,可以形成波導(dǎo)。
KPb2Br5屬于單斜晶系,空間群為P21/c,晶胞參數(shù)為空間群為P21/c,晶胞參數(shù)為Z=1,a=9.264,b=8.380,c=13.06,β=90.05,V=1014.113。它的透過波段為0.3~16μm,最大聲子能量為183cm-1,不潮解,是一種良好的中紅外激光基質(zhì)材料。但是,目前國內(nèi)外并未見有關(guān)采用飛秒激光誘導(dǎo)制備KPb2Br5色心激光晶體和波導(dǎo)的報道。而飛秒激光具有高的能量密度和光子密度,照射在含有堿金屬的KPb2Br5晶體上,可望產(chǎn)生大量的色心,例如V3、F、F2、N、R2和R1等,其中的F2等色心可以制作色心激光增益介質(zhì)而應(yīng)用于色心激光器,同時還可以形成波導(dǎo)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于公開一種采用飛秒激光誘導(dǎo)制備KPb2Br5色心激光晶體和波導(dǎo)晶體材料。
切割加工出一定尺寸、優(yōu)質(zhì)的KPb2Br5晶體,采用聚焦的飛秒激光照射一定的時間。
對晶體進行吸收光譜的測試研究,根據(jù)其吸收峰的分布情況,采用合適的泵浦源對晶體進行激發(fā),測試其熒光發(fā)射光譜,確定其色心的類型。根據(jù)吸收和熒光譜的測試研究結(jié)果,設(shè)計出合適的激光諧振腔,并采用合適的泵浦源進行激光實驗研究,實現(xiàn)2500nm~5000nm的中紅外激光輸出。
切割加工出一定尺寸、優(yōu)質(zhì)的KPb2Br5晶體,采用聚焦的飛秒激光照射一定的時間,形成有大量F2色心的微米線,其現(xiàn)狀可以是直的,也可以是彎曲的微米線,在fs激光的高溫高壓下形成了折射率四周高而中間低的光波導(dǎo)。
KPb2Br5色心晶體產(chǎn)生的中紅外激光可以應(yīng)用于大氣遙感、地球資源探測、環(huán)境保護、污染控制等,此外,在同位素分離、醫(yī)療、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用,尤其是在軍事制導(dǎo)、目標探測、遠距離探測化學物質(zhì)和反導(dǎo)對抗上的應(yīng)用,在反化學戰(zhàn)和環(huán)境保護中起到關(guān)鍵性的作用,成為決定戰(zhàn)爭勝負的關(guān)鍵技術(shù)。而把KPb2Br5光波導(dǎo)和KPb2Br5激光功能色心結(jié)合起來可以制成微米色心激光器,有望在KPb2Br5晶體中實現(xiàn)光波的傳輸、激光振蕩和光放大。
附圖為KPb2Br5色心激光晶體的激光實驗裝置示意圖1是塊狀KPb2Br5色心激光晶體;2是600~2400nm波段的合適泵浦源;3是對λ=2500nm~5000nm波長全反射和對600~2400nm波段透射的介質(zhì)鏡;4是對λ=2500nm~5000nm波長部分透射和對600~2400nm波段全反射的介質(zhì)鏡;5是LPE-1A激光能量計。
具體實施例方式實施例一先對原料KBr和PbBr2進行處理分別將適量分析純的KBr和PbBr2原料放入自制的燒結(jié)爐中,通入高純氬氣使之緩緩流過,加熱到300℃,然后將溫度降下來,原料存放好備用。
按66.7mol%PbBr2和33.3mol%KBr的比例準確稱量20g,研磨混合均勻,壓片,填入內(nèi)徑為10mm石英管中。抽真空,封管,然后將之放入自制的兩溫區(qū)晶體生長爐中,用改良的Bridgman法生長。采用上、下兩端溫區(qū)控溫,上端溫度高,下端溫度低,溫差為200~300℃。把封好的石英管放在上溫區(qū),底端恰好位于上溫區(qū)的最低點,熱平衡之后,通過機械裝置控制石英管下降,下降速率為1~5mm/天,晶體生長結(jié)束后,以30℃/h的速率緩慢退火至室溫,取出KPb2Br5晶體。
切割加工出5mm×5mm×5mm的優(yōu)質(zhì)KPb2Br5晶體,采用Ti:Sapphire激光系統(tǒng)產(chǎn)生1焦耳、100fs的脈沖激光,并采用透鏡把它會聚于晶體上10-5cm2的-點,照射30分鐘后,對晶體進行吸收光譜的測試研究,根據(jù)其吸收峰的分布情況,采用合適的泵浦源對晶體進行激發(fā),測試其熒光發(fā)射光譜,確定其色心的類型。
根據(jù)吸收和熒光譜的測試研究結(jié)果,設(shè)計出合適的激光諧振腔,并采用合適的泵浦源進行激光實驗研究,實現(xiàn)2500nm~5000nm的中紅外波段可調(diào)諧激光輸出。
實施例二切割加工出5mm×5mm×5mm的優(yōu)質(zhì)KPb2Br5晶體,采用Ti:Sapphire激光系統(tǒng)產(chǎn)生1焦耳、100fs的脈沖激光,并采用透鏡把它會聚于晶體上10-5cm2的一點,照射30分鐘后,沿著晶體上的一條直線移動聚焦點,重新形照射30分鐘后,重復(fù)以上的操作直至在直線上形成大量F2色心的微米線,這樣便在fs激光的高溫高壓下形成了折射率四周高而中間低的直線光波導(dǎo)。
權(quán)利要求
1.一種溴鉛化鉀色心激光晶體,其特征在于該晶體利用溴鉛化鉀作為激光基質(zhì)材料,采用飛秒激光誘導(dǎo)色心,實現(xiàn)近紅外或2500nm~5000nm的中紅外激光輸出。
2.一種溴鉛化鉀波導(dǎo)晶體材料,其特征在于該晶體利用溴鉛化鉀作為基質(zhì)材料,采用飛秒激光誘導(dǎo),形成有大量F2色心的微米線,在fs激光的高溫高壓下形成了折射率四周高而中間低的光波導(dǎo)材料。
全文摘要
飛秒激光誘導(dǎo)制備溴鉛化鉀色心激光晶體和波導(dǎo)晶體材料,涉及晶體材料領(lǐng)域。溴鉛化鉀色心激光晶體利用溴鉛化鉀作為激光基質(zhì)材料,采用飛秒激光誘導(dǎo)色心,實現(xiàn)近紅外或2500nm~5000nm的中紅外激光輸出。波導(dǎo)晶體材料采用飛秒激光誘導(dǎo),形成有大量F
文檔編號H01S3/16GK101089234SQ200610091460
公開日2007年12月19日 申請日期2006年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月13日
發(fā)明者涂朝陽, 游振宇, 王燕, 李堅富, 朱昭捷 申請人:中國科學院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所