專利名稱：摻釹硼酸鈧鍶釔激光晶體及其制備方法和用途的制作方法
摻釹硼酸鈧鍶釔激光晶體及其制備方法和用途，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。
摻釹硼酸鈧鍶釔激光晶體及其制備方法和用途，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。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。
摻釹硼酸鈧鍶釔激光晶體及其制備方法和用途，其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泵浦的，具有較高轉換效率的、能發射1060nm波長激光的晶體材料。
本發明的Nd3+YSr6Sc(BO3)6晶體屬于三方晶系，具有R3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％～5at％之間，熒光壽命(τ)為50～210μs，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。
我們經過實驗找到了生長Nd3+YSr6Sc(BO3)6晶體的較理想的助熔劑Li6B4O9或LiBO2-LiF，以及最佳的生長條件，并生長出了高質量的Nd3+YSr6Sc(BO3)6晶體(見實施例1和2)。具體的化學反應式如下
所用的原料純度及廠家如下
助熔劑方法生長摻釹硼酸鈧鍶釔激光晶體，其主要生長條件如下所用助熔劑為Li6B4O9或LiBO2-LiF，其中LiBO2和LiF的重量比為(75～95)∶(25～5)，助熔劑總的濃度控制在15wt.～60wt.％之間，生長溫度在950～835℃溫度區間內，降溫速率為1～4℃/天，晶體轉速為5～20轉/分鐘。
將生長出的Nd3+YSr6Sc(BO3)6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，其屬于三方晶系，空間群為R3，晶胞參數為a＝12.306(3)，c＝9.269(3)，V＝1215.6(5)3，密度4.376g/cm3；采用油浸法測得其折射率為1.73。
將生長出的Nd3+YSr6Sc(BO3)6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+YSr6Sc(BO3)6晶體的主吸收峰在808nm，吸收系數為2.71cm-1，半峰寬(FWHM)4.1nm，吸收躍遷截面1.47×10-20cm2，在808nm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處有最強的熒光發射峰，其發射躍遷截面σem為1.814×10-20cm2，半峰寬為17nm，熒光壽命為120μs，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+YSr6Sc(BO3)6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。
本發明的Nd3+YSr6Sc(BO3)6晶體可用熔鹽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1060nm，該晶體可作為一種較好的激光晶體。
摻釹硼酸鈧鍶釔激光晶體及其制備方法和用途，實現本發明的優選方式如下實施例1以Li6B4O9為助熔劑生長Nd3+YSr6Sc(BO3)6激光晶體生長原料為YSr6Sc(BO3)6∶Li6B4O9＝75∶25(重量比)，摻入8at％的Nd3+離子。采用熔鹽頂部籽晶法，在φ60×50mm鉑坩鍋中，生長溫度為947→855℃之間，以2℃/天的降溫速率，15轉/分鐘的晶體轉速，生長出了尺寸為35×28×13mm3的高質量的Nd3+YSr6Sc(BO3)6晶體。經電子探針分析表明晶體中Nd3+離子含量為6.3at％。
實施例2以LiBO2-LiF為助熔劑生長Nd3+YSr6Sc(BO3)6激光晶體生長原料為YSr6Sc(BO3)6∶LiBO2∶LiF＝75∶20∶5(重量比)，摻入5at％的Nd3+離子。采用熔鹽頂部籽晶法，在φ60×50mm鉑坩鍋中，生長溫度為930→835℃之間，以3℃/天的降溫速率，20轉/分鐘的晶體轉速，生長出了尺寸為30×25×16mm3的高質量的Nd3+YSr6Sc(BO3)6晶體。經電子探針分析表明晶體中Nd3+離子含量為4.1at％。
權利要求
1.一種摻釹硼酸鈧鍶釔激光晶體，其特征在于該晶體的分子式為Nd3+YSr6Sc(BO3)6，屬于三方晶系，空間群為R3，晶胞參數為a＝12.306(3)，c＝9.269(3)，V＝1215.6(5)3，Dc＝4.376g/cm3，折射率1.73。
2.如權利要求1所述的摻釹硼酸鈧鍶釔激光晶體，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，其摻雜濃度在0.5at～15at％之間。
3.一種權利要求1的摻釹硼酸鈧鍶釔激光晶體的制備方法，其特征在于該晶體采用熔鹽法生長，所用助熔劑為Li6B4O9，助熔劑濃度控制在15wt.～60wt.％之間，生長溫度在947～855℃溫度區間內，降溫速率為1～3℃/天，晶體轉速為5～20轉/分鐘。
4.一種權利要求1的摻釹硼酸鈧鍶釔激光晶體的制備方法，其特征在于該晶體采用熔鹽法生長，所用助熔劑為LiBO2-LiF，LiBO2和LiF的重量比為(75～95)∶(25～5)，助熔劑濃度控制在15wt.～60wt.％之間，生長溫度在930～835℃溫度區間內，降溫速率為2～4℃/天，晶體轉速為10～20轉/分鐘。
5.一種權利要求1的摻釹硼酸鈧鍶釔激光晶體的用途，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。
全文摘要
摻釹硼酸鈧鍶釔激光晶體及其制備方法和用途，涉及人工晶體領域，特別是涉及一種激光晶體摻釹硼酸鈧鍶釔(Nd
文檔編號C30B9/00GK1473967SQ0212874
公開日2004年2月11日 申請日期2002年8月8日 優先權日2002年8月8日
發明者林州斌, 王國富, 胡祖樹, 張莉珍 申請人:中國科學院福建物質結構研究所