自激活激光晶體釩酸鉺鈣及其制備方法

專利名稱：：自激活激光晶體釩酸鉺鈣及其制備方法
技術領域：
：本發明屬于光電子功能材料
技術領域：
，特別是涉及作為固態激光器中的激光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核心，其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，它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、摻雜濃度低，不適宜于用LD來進行泵浦等缺點，而LD泵浦將是今后激光泵浦源的發展方向。作為一種重要的激光激活離子，Er^+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1.5toi和3.0tai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，因此以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。自激活激光晶體，指的是晶體本身的組成成分中就含有激活離子的晶體，激活離子不是作為慘雜離子慘雜進去的。由于它含有較高濃度的激活離子，因此，一直是科學家追求的目標。世界上第一個自激活激光晶體是1972年發現的(H.G.Danielmeyer，H.P.Weber，J.Quant.Electro.QE-8(1972)805.)，隨后又發現了多個自激活激光晶體，但由于他們都存在著各種不同的缺陷，無法投入實際使用。目前，最著名的自激活激光晶體是硼酸釹鋁晶體[NdAl3(B03)4.NAB]，其激光實驗已獲得成功，但由于其為非同成分熔化，要得到高光學質量的晶體極為困難，限制了它的推廣使用。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、適合于LD泵浦的優質自激活激光晶體材料。
發明內容本發明的目的就在于研制一種新的、能夠直接使用閃光燈和LD泵浦的、具有較高轉換效率的自激活激光晶體材料。本發明的Ca9Er(V04)7晶體屬于三方晶系，具有R3cH空間群結構。在該晶體中，E一+離子既是激活離子，又是晶體本身化學計量比的一個成分，激活離子的濃度很高，可達1.548X1021cm—3，熒光壽命(t)為3.79ms，表明濃度猝滅效應較弱，有很高的增益，有利于提高激光晶體的轉換效率。因此，該晶體特別適合作為激光晶體用于全固態微片激光器和微型激光器中。自激活激光晶體釩酸鉺鈣及其制備方法，本發明的Ca9Er(V04)7晶體是一種同成分熔化的化合物，我們經過實驗找到了采用提拉法(Czochralski方法)生長Ca9Er(V04)7晶體的較理想的生長條件，并生長出了高質量、較大尺寸的Ca9Er(V04)7晶體。具體的化學反應式如下18CaC03+Er203+7V205=2Ca9Er(V04)7+18CO:所用的原料純度及廠家如下:藥<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>晶體生長原料按化學反應式的比例進行稱樣、混合、壓片，在105(TC固相合成24小時，重復2-3次，直到得到多晶原料。提拉法生長自激活激光晶體釩酸鉺鈣，其主要生長條件如下生長是在鉑金坩鍋或銥金坩鍋中、空氣或惰性氣體N2氣氛下進行，晶體生長的參數為生長溫度1310°C，提拉速度為0.52.0毫米/小時，晶體轉速為530轉/分鐘。將生長出的晶體用XRD—粉末衍射儀進行表征，其粉末衍射譜圖與標準譜圖相一致，表明所生長的晶體為Ca9Er(V04)7晶體，其屬R3cH空間群，晶胞參數a=10.855，c=37.967A,Z=6,V=3874.62A3,密度3.43g/cm3。將生長出的Ca9Er(V04)7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Ca9Er(V04)7晶體的主吸收峰在1515nm，其半峰寬為64nm，吸收躍遷截面1.06xl0_2()cm2，吸收系數為16.42cm";其在1585nm處有最強的熒光發射峰，半峰寬74nm，熒光壽命3.79ms，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，有利于激光器件輸出功率和輸出能量的提高。因此，Ca9Er(V04)7晶體能得到較大的1585nm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，適合于作為微片激光晶體用于微型激光器中。自激活激光晶體釩酸鉺鈣及其制備方法，其發明的Ca9Er(V04)7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，生長工藝穩定；晶體硬度適中，便于加工；有優良的光學及物化性能，很容易用閃光燈泵浦或LD泵浦獲得激光輸出，激光輸出波長為1585nm，該晶體可作為一種較好的激光晶體，并得到實際應用。具體實施例方式自激活激光晶體釩酸鉺鈣及其制備方法，實現本發明的實驗優選方式如下實施例實施例提拉法生長Ca9Er(V04)7激光晶體。將按配比準確稱量好的CaC03、V205、Er203混合研磨均勻，壓片后，放入4)80X100mm3的剛玉坩鍋中，在馬弗爐中于90(TC固相反應2小時，再升溫至1050'C反應24小時。待冷卻至室溫后，將初次合成的原料再次研磨均勻、壓片并再次置于馬弗爐中于105(TC燒結24小時。將合成好的以上多晶原料放入提拉爐中，采用提拉法，在N2氣氛中，生長溫度為1310。C、晶體轉速為10轉/分鐘，拉速為1.0毫米/小時的情況下，生長出了尺寸為021X31mm3的高質量的Ca9Er(V04)7晶體。權利要求1.一種自激活激光晶體釩酸鉺鈣及其制備方法，其特征在于該晶體的分子式為Ca9Er(VO4)7，屬于三方晶系，空間群為R3cH，晶胞參數a＝10.855，密度為3.43g/cm3。2.—種權利要求l的自激活激光晶體釩酸鉺鈣及其制備方法，其特征在于該晶體采用提拉法生長，生長溫度131(TC，晶體轉速5-30轉/分鐘，晶體拉速0.5-2毫米/小時。3.—種權利要求l的自激活激光晶體釩酸鉺鈣的用途，其特征在于該晶體用于固體激光器中作為激光工作物質。全文摘要自激活激光晶體釩酸鉺鈣及其制備方法涉及人工晶體領域。采用提拉法生長Ca₉Er(VO₄)₇晶體。該晶體屬R3cH空間群，晶胞參數a＝10.855，c＝37.967，Z＝6，V＝3874.62³，密度為3.43g/cm³。光譜測試表明，該晶體在1515nm處有一強的吸收峰，吸收系數為16.42cm^-1，半峰寬64nm，吸收截面1.06×10^-20cm²，適合于采用激光二極管(LD)來泵浦；另外，其在波長1585nm有強的熒光發射峰，半峰寬74nm，熒光壽命3.79ms，易于產生波長為1585nm的激光輸出。適合于作為微片激光晶體用于微型激光器中。文檔編號C30B29/30GK101457397SQ200710009980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