專利名稱：飛秒激光誘導(dǎo)制備氯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KPb2Cl5色心激光晶體和波導(dǎo)。
背景技術(shù)：
堿金屬鹵化物經(jīng)過(guò)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(guò)渡族離子激活的高增益介質(zhì)(例如Nd:YAG晶體)大3～5個(gè)數(shù)量級(jí)，同時(shí)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(yùn)。
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(shí)現(xiàn)了0.9～5.0μm的激光輸出。同時(shí)，科學(xué)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(guò)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(diǎn)局部產(chǎn)生了很高的溫度和壓力，照射點(diǎn)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)。
KPb2Cl5屬于單斜晶系，空間群為P21/c，晶胞參數(shù)為Z＝4，a＝8.854，b＝7.927，c＝12.485，β＝90.05，V＝876.3。它的透過(guò)波段為0.3～16μm，最大聲子能量為203cm-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(guó)內(nèi)外并未見有關(guān)采用飛秒激光誘導(dǎo)制備KPb2Cl5色心激光晶體和波導(dǎo)的報(bào)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KPb2Cl5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(shí)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KPb2Cl5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KPb2Cl5晶體，采用聚焦的飛秒激光照射一定的時(shí)間。
對(duì)晶體進(jìn)行吸收光譜的測(cè)試研究，根據(jù)其吸收峰的分布情況，采用合適的泵浦源對(duì)晶體進(jìn)行激發(fā)，測(cè)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(cè)試研究結(jié)果，設(shè)計(jì)出合適的激光諧振腔，并采用合適的泵浦源進(jìn)行激光實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)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KPb2Cl5晶體，采用聚焦的飛秒激光照射一定的時(shí)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)。
KPb2Cl5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(cè)、環(huán)境保護(hù)、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(biāo)探測(cè)、遠(yuǎn)距離探測(cè)化學(xué)物質(zhì)和反導(dǎo)對(duì)抗上的應(yīng)用，在反化學(xué)戰(zhàn)和環(huán)境保護(hù)中起到關(guān)鍵性的作用，成為決定戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)的關(guān)鍵技術(shù)。而把KPb2Cl5光波導(dǎo)和KPb2Cl5激光功能色心結(jié)合起來(lái)可以制成微米色心激光器，有望在KPb2Cl5晶體中實(shí)現(xiàn)光波的傳輸、激光振蕩和光放大。
附圖為KPb2Cl5色心激光晶體的激光實(shí)驗(yàn)裝置示意圖1是塊狀KPb2Cl5色心激光晶體；2是600～2400nm波段的合適泵浦源；3是對(duì)λ＝2500nm～5000nm波長(zhǎng)全反射和對(duì)600～2400nm波段透射的介質(zhì)鏡；4是對(duì)λ＝2500nm～5000nm波長(zhǎng)部分透射和對(duì)600～2400nm波段全反射的介質(zhì)鏡；5是LPE-1A激光能量計(jì)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一先對(duì)原料KCl和PbCl2進(jìn)行處理分別將適量分析純的KCl和PbCl2原料放入自制的燒結(jié)爐中，通入高純氬氣使之緩緩流過(guò)，加熱到300℃，然后將溫度降下來(lái)，原料存放好備用。
按66.7mol％PbCl2和33.3mol％KCl的比例準(zhǔn)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(zhǎng)爐中，用改良的Bridgman法生長(zhǎng)。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(diǎn)，熱平衡之后，通過(guò)機(jī)械裝置控制石英管下降，下降速率為1～5mm/天，晶體生長(zhǎng)結(jié)束后，以30℃/h的速率緩慢退火至室溫，取出KPb2Cl5晶體。
切割加工出5mm×5mm×5mm的優(yōu)質(zhì)KPb2Cl5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(huì)聚于晶體上10-5cm2的一點(diǎn)，照射30分鐘后，對(duì)晶體進(jìn)行吸收光譜的測(cè)試研究，根據(jù)其吸收峰的分布情況，采用合適的泵浦源對(duì)晶體進(jìn)行激發(fā)，測(cè)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(cè)試研究結(jié)果，設(shè)計(jì)出合適的激光諧振腔，并采用合適的泵浦源進(jìn)行激光實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)現(xiàn)2500nm～5000nm的中紅外波段可調(diào)諧激光輸出。
實(shí)施例二切割加工出5mm×5mm×5mm的優(yōu)質(zhì)KPb2Cl5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(huì)聚于晶體上10-5cm2的一點(diǎn)，照射30分鐘后，沿著晶體上的一條直線移動(dòng)聚焦點(diǎn)，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
1.一種氯鉛化鉀色心激光晶體，其特征在于該晶體利用氯鉛化鉀作為激光基質(zhì)材料，采用飛秒激光誘導(dǎo)色心，實(shí)現(xiàn)近紅外或2500nm～5000nm的中紅外激光輸出。
2.一種氯鉛化鉀波導(dǎo)晶體材料，其特征在于該晶體利用氯鉛化鉀作為基質(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)制備氯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。氯鉛化鉀色心激光晶體利用氯鉛化鉀作為激光基質(zhì)材料，采用飛秒激光誘導(dǎo)色心，實(shí)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(hào)H01S3/16GK101089237SQ20061009146
公開日2007年12月19日 申請(qǐng)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(yáng), 李堅(jiān)富, 游振宇, 王燕, 朱昭捷 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所