專利名稱：摻釹鎢酸鋰鋇鐿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，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I960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、大尺寸并適合于LD泵浦的優質激光晶體材料。摻釹鎢酸鋰鋇鐿激光晶體及其制 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激光晶體Nd3+: Li3Ba2Y3 (WO4) 8，能夠直接使用閃 光燈和LD泵浦的，具有較高轉換效率的激光晶體材料。Nd3+ = Li3Ba2Y3(WO4)8晶體屬于單斜 晶系，具有C2/c空間群結構。其中釹離子是作為摻雜離子，取代鐿離子的晶格位置，釹的摻 雜濃度在0. 5at. % 15at. %之間，熒光壽命(τ)為0. 1 0. 2ms，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1.06μπι左 右波長的激光，可作為激光晶體。摻釹鎢酸鋰鐿激光晶體及其制備方法我們經過實驗找到了生長 Nd3+ILi3Ba2Y3(WO4)8晶體的較理想的助熔劑=Li2WO4,以及最佳的生長條件，并生長出了高質 量的晶體Nd3+:Li3Ba2Y3(WO4)8(見實施例1)。具體的化學反應式如下3Li2C03+4BaC03+3Y203+16W03 = 2Li3Ba2Y3 (WO4) 8+7C02 個Li2C03+W03 = Li2W04+C02 個所用的原料純度及廠家如下
助熔劑方法生長摻釹鎢酸鋰鋇鐿激光晶體，其主要生長條件如下所用助熔劑 為Li2WO4,原料按Li2WO4與Li3Ba2Y3(WO4)8的摩爾比在60 間配制，生長溫度在 850 1000°C之間，降溫速率為0. 5 2°C /天，晶體轉速為5 30rpm。將生長出的Nd3+ Li3Ba2Y3 (WO4) 8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，具有C2/c空間群結構，晶胞參數為a=5.1808A, b = 12.6767A,c = 19.1607A, β = 92.237°，V=1257.43A3A = 6. 902g/cm3。生長出的Nd3+ = Li3Ba2Y3(WO4)8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4. 6at. % Nd3+離子的Nd3+:Li3Ba2Y3(WO4)8晶體的主吸收峰在805nm，吸收 躍遷截面為10. 12 X 10-2°cm2 (E//Y偏振)，其半峰寬為9nm，吸收截面為2. 33 X lO^cm2 (E// X偏振)，半峰寬為17nm,吸收截面為3. 69 X IO^20Cm2 (E//Z偏振)，半峰寬為13nm,在805nm 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850nm-1400nm波段有三個非常寬的發射帶，其中峰中心在 1061nm 處，發射截面為 13. 52 X 10_20Cm2 (E//Y 偏振)；發射截面為 8. 54X IO^20Cm2 (E//Z 偏 振)；發射截面為8.86X10_2°cm2(E//X偏振)；熒光壽命為151 μ s，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+ Li3Ba2Y3 (WO4) 8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。Nd3+ = Li3Ba2Y3(WO4)8晶體可用熔鹽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1. 06 μ m左右，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 熔鹽生長摻雜濃度為6. Oat. % Nd3+的Nd3+: Li3Ba2Y3 (WO4) 8激光晶體。生長原料按Li3Ba2Y3 (WO4)8 Li2WO4 = 1 3 (摩爾比)配制，摻入 6at % 的 Nd3+ 離子。采用熔鹽頂部籽晶法，在Φ60X50mm鉬坩鍋中，生長溫度為980 — 900°C之間，以 I0C /天的降溫速率，30轉/分鐘的晶體轉速，生長出了尺寸為45X24X 16mm3的高質量的 Nd3+ Li3Ba2Y3 (WO4) 8晶體。經ICP (等離子發射光譜)分析表明晶體中Nd3+離子含量4. 6at %。
權利要求
一種摻釹鎢酸鋰鋇鐿激光晶體，其特征在于該晶體的分子式為Li3Ba2Y3(WO4)8，屬于單斜晶系，具有C2/c空間群，晶胞參數為β＝92.237°Dc＝4.713g/cm3。F2009101120739C0000011.tif,F2009101120739C0000012.tif,F2009101120739C0000013.tif,F2009101120739C0000014.tif
2.如權利要求1所述的摻釹鎢酸鋰鋇鐿激光晶體，其特征在于在該晶體中，Nd3+ 離子作為激光激活離子，摻雜于晶體中，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.—種權利要求1所述的摻釹鎢酸鋰鋇鐿激光晶體的制備方法，其特征在于該晶體 采用熔鹽頂部籽晶法生長，所用助熔劑為Li2WO4,摩爾濃度控制在20at 40at %之間，生長 溫度在850 1000°C之間，降溫速率為0. 5 2°C /天，晶體轉速為5 30rpm。
4.一種權利要求1所述的摻釹鎢酸鋰鋇鐿激光晶體的用途，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作為泵浦源，激發產生1. 06 μ m 左右波長的激光輸出。
全文摘要
本發明涉及人工晶體領域，特別是涉及一種激光晶體摻釹鎢酸鋰鐿Nd3+:Li3Ba2Y3(WO4)8及其制備方法和用途。該方法采用60～80at％Li2WO4為助熔劑，降溫速率為0.5～2℃/天，轉速為5～30轉/分鐘，生長出了高質量、較大尺寸的Nd3+:Li3Ba2Y3(WO4)8晶體。該晶體屬單斜晶系，具有C2/c空間群結構。該晶體是一種新型的激光晶體，可產生1.06μm左右波長的激光輸出。用該晶體制成的固體激光器可用于光譜學、生物醫學、軍事等諸多領域中。
文檔編號C30B29/32GK101928989SQ20091011207
公開日2010年12月29日 申請日期2009年6月26日 優先權日2009年6月26日
發明者張莉珍, 李 浩, 王國富 申請人:中國科學院福建物質結構研究所