專利名稱：雙摻鉺鈉離子鉬酸鈣激光晶體及其制備方法
技術領域：
本發明屬于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。
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慘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、大尺寸并適合于LD泵浦的優質激光晶體材料。作為一種重要 的激光激活離子，ErS+離子具有能級豐富，發射波長從可見到近紅外共有九個躍 遷通道，其中1.5to和3.0to兩個波段的激光發射分別對應4113/2 —4115/2和4111/2 —4115/2能級之間的躍遷。1.5toi激光對人眼安全，人體細胞組織對3.0toi激光 強烈吸收，以Er^離子為激活離子的激光晶體在通訊和醫療等領域應用前景廣 闊。因此，近年來鉺離子成為激光晶體激活離子的熱門之選。
發明內容
本發明的目的在于研制一種適合使用LD泵浦的，新的激光晶體 Na+/Er3+:CaMo04。該晶體屬于四方晶系，具有14(1)/3空間群結構。其中E一+是作 為激光激活離子，取代(^2+的晶格位置，Na+作為價態補償離子，取代(^2+的晶 格位置，保持結構的電中性。我們經過實驗找到了以Na2Mo04為助熔劑，采用 助熔劑提拉法生長NaVEr^CaMo04晶體的較理想的生長條件，并生長出了高質 量、較大尺寸的Na+ZErS+:CaMo04晶體(見實施例)。 具體的化學反應式如下 0.5xNa2CO3 + 02x)CaC03 + 0.5xEr2O3 + Mo03 =NaxErxCa"2xMo04
+(l-1.5x)C02T (1) Na2C03+Mo03==Na2Mo04+C02個 (2)
所用原料為:
藥品名純度廠家
Er20399.999%中科院長春應用化學研究所
CaC0399.99%上海泗聯化工有限公司
Na2C0399.99%上海五四化學試劑廠
M0O399.99%中國醫藥集團上海化學試劑公司
以摩爾比CaMo04: Na2MoO4=0.7: 1 1: 0.7稱樣、混合、壓片、燒結，Er203 則按所需濃度與附加的Na2C03—起加入。在鉑金坩鍋中，富氧氣氛(空氣)下提 拉生長出晶體，晶體生長的參數為生長溫度1200°C，提拉速度為0.4~1.0毫米/ 小時，晶體轉速為10~30轉/分鐘。
將生長出的Na+/Er3+:CaM004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，其屬于四方晶系，空間群為l4(u/a，晶胞參數為a=b=5.25A，c=11.50A， V=317A3， De=4.24g/cm3， Er"離子作為激光激活離子，其摻雜濃度 在0.5 at,10at /。之間，Na+離子作為價態補償離子，其摻雜濃度在0.5 at,10at.%之間。
將生長出的Na+/Er3+:CaMo04晶體進行吸收光譜、熒光光譜及熒光壽命等的 分析測試，結果表明摻1.9at.。/。ErS+離子的Na7Er":CaMo04晶體的主吸收峰在 521nm處，吸收系數為29.18cm"，吸收截面1.22X l(T19cm2。在波長1550nrn附 近有強的熒光發射峰，在1538皿處發射躍遷截面為5. 16X10—21 cm2，熒光壽命 為6.6ms，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，Na7Er3+:CaM004晶體能得到較大 功率的激光輸出，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。
具體實施例方式
實施例助熔劑提拉法生長摻雜濃度為1.9at.%Er3+離子的Na+/Er3+:CaMo04
激光晶體。
按摩爾比Na2C03: CaC03: Mo03: Er203 =1: 1: 2: 0.01準確稱量好的 Na2C03、 Er203、 CaC03、 Mo03混合研磨均勻，壓片后，放入080X80mm3的 剛玉坩鍋中，在馬弗爐中于50(TC固相反應24小時；取出后，重新研磨壓片再 升溫至600'C反應24小時。將合成好的以上樣品放入056X41mm3的鉑金坩鍋 中，在空氣氣氛中提拉晶體，生長溫度為1200°C，晶體轉速為30轉/分鐘，拉 速為0.5毫米/小時的情況下，生長出了尺寸為0)20X32 mm3的高質量的 Na+/Er3+:CaMo04晶體。經ICP測試表明晶體中Er"離子含量為1.9at.%。
權利要求
1. 一種雙摻鉺鈉離子鉬酸鈣激光晶體，其特征在于該晶體的分子式為Na+/Er3+:CaMoO4，屬于四方晶系，空間群為I4(1)/a，晶胞參數密度Dc＝4.24g/cm3，Er3+離子作為激光激活離子，其摻雜濃度在0.5at.-10at.％之間，Na+離子作為價態補償離子，其摻雜濃度在0.5at.-10at.％之間。
2. —種權利要求1的雙摻鉺鈉離子鉬酸鈣激光晶體的制備方法，其特征在于該晶體采用助熔劑提拉法生長，以Na2Mo04為助溶齊U，摩爾比為CaMo04: Na2MoO4=0.7: 1 1: 0.7， Er203和Na2C03則按所需濃度加入，生長溫度 1200°C，提拉速度0.4 1.0毫米/小時，晶體轉速10~30轉/分鐘。
3. —種權利要求1的雙摻鉺鈉離子鉬酸鈣激光晶體的用途，其特征在于該 晶體用于固體激光器中作為激光工作物質，產生550nm和1500nm波長的 激光輸出。
全文摘要
雙摻鉺鈉離子鉬酸鈣激光晶體及其制備方法，涉及人工晶體領域。采用助熔劑提拉法，生長溫度1200℃，10～30轉/分鐘的晶體轉速，0.4～1.0毫米/小時的拉速，生長出了高光學質量、較大尺寸的Na<sup>+</sup>/Er<sup>3+</sup>∶CaMoO<sub>4</sub>晶體。該晶體屬四方晶系，空間群為I<sub>4(1)/a</sub>，光譜分析表明，該晶體具有寬的吸收峰和強的發射峰，適合于采用LD泵浦，可作為激光晶體，產生550nm和1500nm波長的激光輸出。
文檔編號C30B29/32GK101457399SQ20071000997
公開日2009年6月17日 申請日期2007年12月11日 優先權日2007年12月11日
發明者莊任重, 張莉珍, 林州斌, 王國富 申請人:中國科學院福建物質結構研究所