專利名稱：一種鐿激活鋁酸鑭鈣新型雙波長激光晶體的制作方法
技術領域：
本發明涉及激光晶體材料領域。
背景技術：
太赫茲波是一個非常具有科學研究價值但尚未充分研發的電磁輻射區域。目前， THz波主要是采用光學技術和電子學技術兩種方法來產生。電子技術產生THz波的方法有反向波振蕩器，耿氏與布洛赫振蕩器、自由電子和 量子級聯激光器等，但都存在一些有待解決的技術瓶頸，或是功效低、壽命短，或是體積巨 大、能耗高、運行和維護費用較為昂貴，大都尚未實用化、商業化，即使能夠商業化，也都難 以廣泛普及。光學技術主要有THz波氣體激光器，與超短激光脈沖有關、能產生寬帶亞皮秒 THz輻射的光整流、光電導和等離子體四波混頻、非線性光學差頻、與晶格振動有關的參量 振蕩等方法。與其它技術相比，非線性差頻過程可以產生功率較高的相干寬帶可調諧的單 頻THz波，最大優點是沒有閾值，設備簡單，結構緊湊，不需要價格昂貴的泵浦裝置，可產生 較高功率的THz波輻射，甚至可以得到比太赫茲波參量振蕩器更寬的THz波調諧范圍。差頻方法產生THz波的技術關鍵是要獲得功率較高、波長比較接近的泵浦光和信 號光(波長相差不大于lOnm)，以及具有較大的二階非線性系數，并在THz波范圍內吸收系 數小的非線性差頻晶體。Yb激活的激光晶體在 1 μ m處產生的激光是寬帶可調諧的，有望產生雙波長激 光輸出，可作為差頻方法中的泵浦光和信號光。與Nd3+激活的激光晶體相比，它還具有以下 許多優點(1)能級結構最簡單，僅有基態2F7/2和激發態2F5/2，不存在激發態吸收和上轉換， 光轉換效率高；(2)吸收帶在0. 9 1. Ium范圍，線寬較寬，能與LD泵浦源有效耦合；(3)泵 浦與激光波長非常接近，量子缺陷低，具有大的本征激光效率，理論上量子效率高達90% ； (4)泵浦與激光上能級非常靠近，無輻射馳豫引起的熱負荷低，僅為摻Nd3+材料的三分之 一；(5)熒光壽命長，為摻Nd3+材料的三倍多，有利于儲能；(6)可摻雜較高濃度。目前國內外研究報道的雙波長激光晶體大多采用的是Nd激活離子，其波長差別 一般大于lOnm，而且是不可調諧的，而我們在％3+:6(^13出03)4<%648>上已實現了瓦級的 雙波長激光輸出，其波長差別只有5nm，且是寬帶發射的，波長可調，具有很好的新穎 性，目前并未見到相關研究及專利報道。CaLaA104<CLA0>晶體屬于四方晶系，具有良好的物化性能，不溶于強酸強堿，硬度 大，具有較高的熱導率和激光損傷閾值，晶體同成分熔化，可以采用提拉發生長大尺寸優質 晶體，而且稀土激活的晶體在相應波段具有較大的吸收與發射截面，因此是一種優秀的激 光基質。從附圖中所測試的％3+:CaLaA104晶體的吸收與發射熒光光譜圖中，可見晶體在 980nm處有較大的發射截面(3. 5 X 0_2°)，有利于采用商業化的LD泵浦源抽運實現高效的激 光運轉。在980 1065nm波段具有寬的發射，半高寬達到40nm，其發射截面為10_2°Cm2，有 利于實現可調諧的雙波長激光輸出，因此％3+:CLAO將是一種能夠應用于太赫茲激光泵浦 源的優秀雙波長激光晶體。
太赫茲波與物質相互作用中包含有豐富的物理和化學信息，與傳統光源相比，具 有相干性、低能性、高穿透性、無損傷等獨特、優異的特性，在物理、化學、天文學、生命科學 和醫藥科學以及安全檢查、醫學成像、環境監測、食品檢驗、射電天文、衛星通信和武器制導 等基礎與應用研究領域均具有巨大的科學研究價值和廣闊的應用前景。一旦研制成功，把 所研究的晶體及其器件推向高新技術產業市場，將產生非常可觀的經濟效益；還可以用來 遠距離探測化學物質，在反化學戰和環境保護中起到關鍵性的作用。
發明內容
本發明的目的在于公開一種能夠實現 1. 0 μ m波段雙波長激光輸出的激光晶體 材料 CaLaAlO415實現本發明目的技術方案1. 一種鐿激活鋁酸鑭鈣新型雙波長激光晶體，該晶體材料的化學式為 Yb3+: CaLaAlO4,屬于四方晶系 I4/mm，晶胞參數為 a = 3. 716 A, c = 12. 33 Α, ν = 170. 26cm3， Dx = 5. 266g/cm3。2. 一種項1的激光晶體材料的制備方法，其特征在于采用4N的L 03、Yb203與分 析純的Al203、CaC03作為原料，通過高溫固相反應獲得^3+ = CaLaAlO4原料，在惰性氣氛下采 用提拉法生長晶體。3. 一種項1的激光晶體材料的用途，該材料用于實現 1. 0 μ m波段雙波長激光輸 出，應用于太赫茲泵浦源。
圖1 晶體的室溫吸收光譜圖；圖2 晶體的室溫熒光發射光譜圖；圖3 晶體的激光實驗裝置圖。
具體實施例方式實施例一 3+:CaLaAlO4晶體的生長制備晶體提拉法生長所用的儀器是D幾-400的中頻提拉爐，中頻電源型號為 KGPF25-0. 3-2. 5。采用Pt/Pt-他的熱電偶和型號為815EPC的歐路表控溫。所采用的坩堝 是Φ55πιπιΧ50πιπι的銥坩堝，所用的原料是4Ν的Lei203、Yb2O3與分析純的A1203、CaCO3作為 原料。根據下列化學反應式配制原料(I-X) Lii203+xYb203+2CaC03+Al203 — 2CaLa(1_x)YbxA104+2C02x = Iat % 20at %。把 原料混合均勻，壓成片狀，放進鉬坩堝，置入普通燒結爐中，以150°C /h緩慢升溫到1080°C， 保持48h，重復此過程，然后放入高溫燒結爐中在1350°C下恒溫燒結72h，取出多晶料，直至 X射線粉末衍射與標準卡片完全相符為止。把原料裝入Φ55πιπιΧ50πιπι的銥坩堝內，為了避免銥坩堝的氧化，首先抽出爐子內 的空氣，使得爐子內的氣壓達到-0. OlPa，再充入高純還原氣體使得氣壓達到0. 04MPa，然 后升溫到比熔點高50°C的溫度，恒溫1 2小時，使得原料熔化完全。以鉬銥絲自然成核 生長的晶體作為籽晶生長大尺寸的優質晶體。生長過程中，籽晶桿的提拉速率為1.3 1. 5mm/h,降溫速率為2 10°C /h,籽晶桿的轉動速率為12 20r. p. m.，生長結束后將晶體 提離液面，以10 30°C /h的速率降至室溫，得到尺寸為Φ 30mmX 30mm的透明晶體，然后在 N2-H2混合氣氛下高溫退火以消除氧缺陷。實施例二 Ab3+ = CaLaAlO4晶體的激光實驗加工出尺寸為3_X 3_X 5mm的優質Yb3+: CaLaAlO4晶體器件，采用980nm的LD半 導體激光作為泵浦源，進行激光實驗。實驗裝置如附圖所示。LD泵浦源通過可調光束分束 器分解為兩路正交偏振的泵浦源對晶體進行抽運，輸出鏡相對于晶體的橫軸線是可調的， 以便能夠同步產生雙波長激光。后二色平面腔鏡在1020-1080nm高反，在泵浦波長980nm高 透；輸出凹面鏡的半徑為5cm，在1020-1080nm處的透過率可調(可以為2. 5%，4%和6% )， 在泵浦波長980nm處高反。
權利要求
1.一種鐿激活鋁酸鑭鈣新型雙波長激光晶體，其特征在于該晶體材料的化學式 為 Yb3+ = CaLaAlO4,屬于四方晶系 I4/mmm，晶胞參數為 α 二 3.716Α, C = 12.33Α, ν = 170. 26cm3，Dx = 5. 266g/cm3。
2.—種權利要求1的激光晶體材料的制備方法，其特征在于采用4N的Lii203、Yb203與 分析純的Al203、CaC03作為原料，通過高溫固相反應獲得^3+ = CaLaAlO4原料，在惰性氣氛下 采用提拉法生長晶體。
3.—種權利要求1的激光晶體材料的用途，其特征在于實現 1. 0 μ m波段雙波長激 光輸出，應用于太赫茲泵浦源。
全文摘要
一種鐿激活鋁酸鑭鈣新型雙波長激光晶體，涉及激光晶體材料領域。該晶體材料的化學式為Yb3+:CaLaAlO4屬于四方晶系I4/mmm，晶胞參數為v＝170.26cm3，Dx＝5.266g/cm3。采用4N的La2O3、Yb2O3與分析純的Al2O3、CaCO3作為原料，通過高溫固相反應獲得Yb3+:CaLaAlO4原料，在惰性氣氛下采用提拉法生長晶體。該材料用于實現～1.0μm波段雙波長激光輸出，應用于太赫茲泵浦源。
文檔編號C30B29/22GK102094240SQ20091011294
公開日2011年6月15日 申請日期2009年12月11日 優先權日2009年12月11日
發明者朱昭捷, 李堅富, 涂朝陽, 游振宇, 王燕 申請人:中國科學院福建物質結構研究所