摻鉻鎢酸鋰鎂晶體及其制備與用途
【專利摘要】本發明公開了一種摻鉻鎢酸鋰鎂晶體及其制備與用途。該晶體分子式為Cr3+：Li2Mg2(WO4)3，屬于正交晶系，Pnma空間群，晶胞參數為Z＝4。該晶體采用頂部籽晶熔鹽法生長，以75at.％Li2WO4和25at.％WO3的混合物為助熔劑，助熔劑在生長原料中所占的濃度比為55～80at.％，生長參數為：降溫速率0.5～5℃/天，生長溫度800～880℃，轉速5～30轉/分鐘。該晶體具有機械性能適中、發射截面大等特點，其可調諧范圍在750～1050nm之間，有望成為一種新的可調諧激光晶體，并獲得實際應用。
【專利說明】摻鉻鎢酸鋰鎂晶體及其制備與用途
【技術領域】
[0001]本發明涉及光電子功能材料【技術領域】，特別是涉及一種作為可調諧固態激光器中工作物質的激光晶體材料。
【背景技術】
[0002]可調諧激光是指:由泵浦光激發激光工作介質中的激活離子，使產生激光，該激光發射峰是一個具有比較寬波長范圍的波包，或者在某一波長范圍內具有多個發射峰，在此基礎上采用棱鏡調諧法、F-P標準具調諧法、光柵調諧法、濾光片調諧法和分布反饋系統調諧法等方法獲得波長在一定范圍內可調的激光輸出。
[0003]自1963年L.F.Johnson等人采用閃光燈泵浦，在摻Ni2+的MgF2晶體中實現了第一個固態可調諧激光運轉(L.F.Johnson, R.E.Dietz and H.J.Guggenheim, J.Phys.Rev.Lett.,11(1963)318)以來，科學家們發現了很多固態可調諧激光晶體，如Ti3+:A1203、Cr3+:Mg2Si04、Cr3+:LiSrAlF6、Cr3+:BeAl204等，但由于各種原因，大多數可調諧激光晶體只限于實驗室使用，無法推向工業應用。目前研究最多、已進入應用領域的固態可調諧激光晶體是Cr3+:BeAl204 (紫翠寶石)、Ti3+:A1203 (摻鈦藍寶石)和 Cr3+:LiCaAlF6、Cr3+:LiSrAlF6，但它們也都存在一些難以避免的缺陷，使得它們的應用范圍受到限制。如:Cr3+:BeAl204 (紫翠寶石)晶體的主要缺點是:調諧范圍較小，在700~800nm之間，發射截面小(6 X 10_21cm2)，泵浦閾值高，具有高損傷率和高熱透鏡效應等，另外由于BeO劇毒，也給生長帶來很大困難。Ti3+:A1203晶體的主要缺點是:該晶體中Ti3+-Ti4+離子對的出現，使得在激光輸出波段，即近紅外波段出現吸收，影響了其激光性能，而且由于其激光上能級壽命短(只有3.2μ s)，需用短脈沖激光、Q開關激光、連續波激光或產生特別短脈沖的閃光燈泵浦，也進一步限制了它的應用。Cr^LiCaAlFpCr^LiSrAlF^H體則存在吸收系數小、激光二極管(LD)泵浦的激光效率低等問題。
[0004]從固態可調諧激光晶體使用的各種綜合因素來考慮，目前還沒有一種晶體能夠很好地滿足人們的需求。因此，尋找新的可調諧激光晶體材料成為目前激光晶體研究領域的熱點之一。
【發明內容】
[0005]本發明的目的就在于研制一種新型的可調諧激光晶體，其能夠直接使用LD泵浦，具有較寬的可調諧范圍。
[0006]鶴酸鋰鎂(Li2Mg2 (W04) 3)晶體屬于正交晶系,是一種較為理想的激光基質材料。鎂離子(Mg2+)在晶格中與氧離子(02+)形成八面體配位，可以被鉻離子(Cr3+)取代，由于Mg2+的離子半徑大于Cr3+的離子半徑，它們之間存在的離子半徑以及化合價方面的差異，將減小摻雜后Cr3+離子在Li2Mg2 (W04) 3基質中所處的晶場強度，從而得到寬的可調諧波長。鉻離子摻雜濃度在0.2at%~· 5at%之間。實驗結果表摻Cr3+鎢酸鋰鎂(Cr3+:Li2Mg2(W04)3)晶體可作為一種新型的可調諧激光晶體材料。[0007]本發明的技術方案如下:
[0008]具體的化學反應式:
[0009]xCr203+Li2C03+2 (l_x) Mg0+3W03 = Li2 (CrxMgl_x) 2 (W04) 3+C02
[0010]x = 0.002-0.05
[0011 ] Li2C03+W03 = Li2W04+C02
[0012]所用的原料純度及廠家:
[0013]
【權利要求】
1.摻鉻鎢酸鋰鎂晶體，其特征在于:該晶體的分子式為Cr3+:Li2Mg2(W04)3，屬于正交晶系，Pnma 空間群，晶胞參數為a=5.1129 A, b=10.462A, c=17.612A, Z = 4。
2.如權利要求1所述的摻鉻鎢酸鋰鎂晶體，其特征在于:作為摻雜離子的鉻離子其價態為+3價，取代晶體中鎂離子的晶格位置，其摻雜濃度在0.2at%~ 5at%之間。
3.權利要求1所述摻鉻鎢酸鋰鎂晶體的制備方法，采用頂部籽晶熔鹽法生長，它的生長步驟為:按比例準確稱取原料Li2Mg2(W04)3、助熔劑以及Cr203，研磨混勻后，置于尺寸為Φ60X50mm的鉬坩鍋中，在生長溫度為800~880°C條件下，以0.5~5°C /天的降溫速率，5~30轉/分鐘的晶體轉速，經過生長得到Cr3+:Li2Mg2(W04)3晶體；所述的助熔劑為75at.% Li2W04和25at.% W03的混合物，在生長原料中所占的濃度比為55~80at.%。
4.權利要求1所述摻鉻鎢酸鋰鎂晶體的用途，用作可調諧激光晶體。
5.如權利要求4所述晶體的用途，`其特征在于:其可調諧范圍在750~1050nm之間。
【文檔編號】H01S3/16GK103668459SQ201410007763
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2014年1月8日 優先權日:2014年1月8日
【發明者】張莉珍, 王國富, 李凌云, 林州斌, 黃溢聲 申請人:中國科學院福建物質結構研究所