摻釹硼酸氧鈣釓鑭激光晶體及其制備方法和用途的制作方法

專利名稱：摻釹硼酸氧鈣釓鑭激光晶體及其制備方法和用途的制作方法
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。
背景技術：
激光晶體是固體激光器的工作物質，它是指以晶體為基質，通過分立的發光中心吸收泵浦光能量并將其轉化為激光輸出的發光材料。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釓鋁石榴石(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。自倍頻激光晶體一直是晶體學中研究的熱點，因為它集激光晶體與非線性光學晶體功能于一身，有利于短波長激光的輸出。

發明內容
本發明的目的就在于研制一種具有較高轉換效率的能夠直接使用閃光燈和LD泵浦的新的自倍頻激光晶體材料摻釹硼酸氧鈣釓鑭Nd3+:Gd1-xLaxCa4O(BO3)3(x＜0.5)，通過自倍頻或者自混頻等手段能獲得藍綠色激光輸出。
Nd3+:GdxLa1-xCa4O(BO3)3晶體屬于單斜晶系，具有Cm空間群結構。其中釹離子是作為摻雜離子，取代釓和鑭離子的晶格位置，釹的摻雜濃度在0.05at％～10at％之間，熒光壽命(τ)為50～120μs，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鉻離子Nd3+:Gd1-xLaxCa4O(BO3)3晶體是一種同成分熔化的化合物，可采用提拉法生長，按化學反應式(1-x)Gd2O3+xLa2O3+8CaCO3+6H3BO3＝＝2Gd1-xLaxCa4O(BO3)3+8CO2↑+9H2O↑的比例進行稱樣、混合、壓片，而Nd2O3則按所需濃度加入，所用原料為

其主要生長條件如下生長是在銥坩鍋中、惰性氣體(如N2、Ar等)氣氛下進行，晶體生長的參數為生長溫度1480℃左右，提升速度為0.5～2.0毫米/小時，晶體轉速為5～20轉/分鐘，生長出了高質量的Nd3+:Gd1-xLaxCa4O(BO3)3晶體。
將生長出的Nd3+:Gd1-xLaxCa4O(BO3)3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，其屬于單斜晶系，空間群為Cm，其單胞參數隨鑭離子摻入多少而改變，例如當x＝0.16時，a＝8.086，b＝15.988，c＝3.566，β＝101.17°，V＝4523，密度3.72g/cm3；當x＝0.33時，a＝8.114，b＝16.001，c＝3.577，β＝101.52°，V＝4553，密度3.68g/cm3。
將生長出的Nd3+:Gd1-xLaxCa4O(BO3)3晶體，進行了定向，確定了其折射率主軸。然后進行了偏振吸收光譜、熒光光譜及熒光壽命等的分析測試，結果表明Nd3+:Gd1-xLaxCa4O(BO3)3晶體的主吸收峰在812nm，主發射峰在1064nm。其半峰寬、吸收躍遷截面、發射躍遷截面隨鑭離子摻入多少而稍有改變。例如當x＝0.33時，在E//Z方向，812nm處吸收峰的半峰寬為20nm，吸收躍遷截面為1.55×10-20cm2，在812nm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1064nm處的半峰寬(FWHM)為15nm，熒光壽命為93μs，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+:Gd1-xLaxCa4O(BO3)3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。
摻釹硼酸氧鈣釓鑭Nd3+:Gd1-xLaxCa4O(BO3)3晶體可用提拉法非常容易地生長出質量優良的晶體，生長速度快，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。
具體實施例方式
實施例1提拉法生長摻雜濃度為3.0at.％Nd3+的Nd3+:Gd0.84La0.16Ca4O(BO3)3激光晶體。
將按配比準確稱量好的Gd2O3、La2O3、CaCO3、H3BO3和Nd2O3混合研磨均勻，壓片后，放入φ60×40mm3的鉑坩鍋中，在馬弗爐中于1000℃固相反應12小時，再升溫至1200℃反應24小時。將合成好的以上樣品放入提拉爐中，采用提拉法，在N2氣氛中，生長溫度為1470℃左右，晶體轉速為5-20轉/分鐘，拉速為0.5-2毫米/小時的情況下，生長出了尺寸為30×25×18mm3的高質量的Nd3+含量為3.0at.％的Nd3+:Gd0.84La0.16Ca4O(BO3)3晶體。
實施例2提拉法生長摻雜濃度為3.0at.％Nd3+的Nd3+:Gd0.67La0.33Ca4O(BO3)3激光晶體。
將按配比準確稱量好的Gd2O3、La2O3、CaCO3、H3BO3和Nd2O3混合研磨均勻，壓片后，放入φ60×40mm3的鉑坩鍋中，在馬弗爐中于1000℃固相反應10小時，再升溫至1200℃反應24小時。將合成好的以上樣品放入提拉爐中，采用提拉法，在N2氣氛中，生長溫度為1460℃左右，晶體轉速為5-20轉/分鐘，拉速為0.5-2毫米/小時的情況下，生長出了尺寸為32×23×23mm3的高質量的Nd3+含量為3.0at.％的Nd3+:Gd0.67La0.33Ca4O(BO3)3晶體。
權利要求
1.一種摻釹硼酸氧鈣釓鑭激光晶體，其特征在于該晶體的分子式為Nd3+:Gd1-XLaxCa4O(BO3)3(x＜0.5)，Nd3+離子摻雜濃度在0.05at-10at％之間，屬于單斜晶系，空間群為Cm，其單胞參數隨鑭離子摻入多少而改變，當x＝0.16時，a＝8.086，b＝15.988，c＝3.566，β＝101.17°，V＝4523，密度3.72g/cm3；當x＝0.33時，a＝8.114，b＝16.001，c＝3.577，β＝101.52°，V＝4553，密度3.68g/cm3。
2.一種權利要求1的摻釹硼酸氧鈣釓鑭激光晶體的制備方法，其特征在于該晶體采用提拉法生長。
3.如權利要求2所述的激光晶體的制備方法，其特征在于該提拉法以Gd2O3、La2O3、CaCO3、H3BO3和Nd2O3為原料，惰性氣體氣氛下，晶體生長的參數為生長溫度1480℃左右，提升速度為0.5～2.0毫米/小時，晶體轉速為5～20轉/分鐘。
4.一種權利要求1的摻釹硼酸氧鈣釓鑭激光晶體的用途，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
摻釹硼酸氧鈣釓鑭激光晶體及其制備方法和用途，涉及人工晶體領域。采用提拉法(Czochralski方法)，在1480℃左右，以5－20轉/分鐘的晶體轉速，0.5－2毫米/小時的拉速，生長出了高質量、較大尺寸的Nd
文檔編號C30B15/00GK101037796SQ200610067570
公開日2007年9月19日 申請日期2006年3月17日 優先權日2006年3月17日
發明者王國富, 韋波, 林州斌, 張莉珍, 胡祖樹 申請人:中國科學院福建物質結構研究所