專利名稱：摻釹的硅酸镥激光晶體及其制備方法
技術領域：
本發明涉及激光晶體，特別是一種發光波長處于lym波段的摻釹的硅酸镥激光 晶體及其制備方法，它適合于AlGaAs 二極管泵浦。
背景技術：
摻釹激光材料具有四能級系統，容易獲得激光的有效輸出，其中摻釹的晶體材料 具有良好的熱、機械和光學性能，是一種良好的激光增益介質，適合1 P m波段激光運轉。
硅酸镥晶體(Lu2Si05)屬于單斜晶系，具有低對稱晶體結構、扭曲變形的雙格位特 征，為摻雜離子提供更強的晶體場和配位場，有利于摻雜離子的能級分裂。最近幾年，摻有 Ho3+、 Yb3+等稀土離子的Lu2Si05晶體被報道，已經獲得有效的連續激光輸出或脈沖激光輸 出，但未見Nd3+摻雜的Lu2Si05晶體的有關報道。
發明內容
本發明的目的在于提供一種摻釹的硅酸镥激光晶體及其制備方法，該晶體能夠采 用AlGaAs 二極管泵浦，實現1 y m波段激光運轉。
本發明的具體實施方案如下 —種發光波長處于1 y m波段的摻釹的硅酸镥激光晶體，其特點在于，該摻釹的硅 酸镥激光晶體簡稱為Nd:Lu2S叫，分子式為(NdxLUl—丄S叫，其中x的取值范圍為0. 005 0. 01。
1所述的摻釹的硅酸镥激光晶體的制備方法，其特點在于，該方法包括下列步驟
①原料配方 初始原料采用Nd203， Lu203和Si02并按分子式(NdxLUl—x) 2Si05的化學計量比
x : (i-x) : i進行配料，其中x的取值范圍為o. 005 o.oi; ②選定x的值后，按化學計量比x : (i-x) : 1分別稱量NdA、LuA和Si02，充分
混合均勻后在液壓機上壓制成料塊，然后裝入氧化鋁坩堝內，放進馬弗爐中燒結，用io個
小時升溫至120(TC，保溫10個小時后再用10個小時降溫至室溫，形成塊料；
③將塊料取出放入坩堝內，采用熔體法生長Nd:Lu2Si05單晶。
所述的熔體法為提拉法、坩堝下降法或溫度梯度法。
本發明的技術效果 本發明生長的(NdxLUl—x)2Si05晶體，NcT取代Lu3+格位，在強烈的晶體場作用下， 吸收和發射譜線都比較寬，可提高二極管泵浦的激光效率，并有利于寬的波長調諧。在摻 釹濃度為0. 5X時，在811nm處的吸收系數為2. 67cm—、在1078nm處發射帶寬高達13nm，是 Nd:YAG晶體(0. 5nm)的26倍。
圖1為(Nd。.。。5Lu。.995) 2Si05晶體的吸收光譜；
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圖2為(Nd。.。。5Lu。.995) 2Si05晶體的發射光譜。
具體實施方式
實施例l. 本實施例摻釹的硅酸镥激光晶體的制備方法，包括下列步驟
①原料配方 初始原料采用Nd203， Lu203和Si02并按分子式(NdxLUl—x) 2Si05的化學計量比
x : (i-x) : i進行配料，其中x的取值范圍為o. 005 o.oi; ②本實施例選定x = 0.005，按化學計量比x : (1-x) : 1分別稱量Nd203、 Lu203 和Si(^，充分混合均勻后在液壓機上壓制成料塊；將料塊裝入氧化鋁坩堝內，放進馬弗爐中
燒結，用IO個小時升溫至120(TC，保溫IO個小時后再用IO個小時降溫至室溫，形成塊料，
將塊料放入坩堝內，采用熔體法生長上述單晶體。 對于提拉法，坩堝材料為銥，籽晶為[100]方向的Li^Si05單晶棒，晶體生長在高純 K氣氛中進行。提拉速度為l-2mm/h，旋轉速度為5-10rpm。 對于坩堝下降法，坩堝材料采用高純石墨，坩堝底部可以不放籽晶，或放入上述提 拉法中所述的Lu2Si05單晶棒，晶體生長在高純N2氣氛中進行。坩堝下降速率為0. l-lmm/ h。 對于溫度梯度法，坩堝材料采用高純石墨，坩堝底部可以不放籽晶，或放入上述 提拉法中所述的Lu2Si05單晶棒，晶體生長在高純N2氣氛中進行。以使得晶體生長速度在 1-1. 8mm/h的降溫速率進行降溫并生長晶體。 將上述生長的(NdxLUl—x)2Si05晶體，切割成片，光學拋光后，在室溫下測試其光譜 性能，采用Lambda 900分光光度計測試吸收光譜。采用Fluorolog-3熒光光譜儀測試紅外 發射光譜，泵浦源采用波長為808nm的AlGaAs激光二極管。圖1為(Nd。.。。5Lu。.995) 2Si05晶 體的吸收光譜，其中800 815nm波段的強吸收帶有利于采用AlGaAs激光二極管進行泵 浦。圖2為(Nd。.。。5Lu。.995)2Si05晶體的發射光譜，表明所生長的(Nd。.。。5Lu。.995) 2Si05晶體具 有大的發射和較寬的發射帶寬，在1078nm處發射帶寬為13nm，有利于寬的波長調諧。實驗 表明在摻釹濃度為0. 5%時，在811nm處的吸收系數為2. 67cm—、在1078nm處發射帶寬高 達13nm，是Nd: YAG晶體(0. 5nm)的26倍。
實施例2. 將Nd203， Lu203和Si02高純原料按照x = 0. 008稱量。混合均勻后在液壓機上壓 制成塊，放于銥坩堝內，采用提拉法生長晶體，籽晶為[100]方向的Li^Si05單晶棒，晶體生 長在高純N2氣氛中進行。提拉速度為1. 5mm/h，旋轉速度為8rpm。
實施例3. 將Nd203， Lu203和Si02高純原料按照x = 0. 01稱量。混合均勻后在液壓機上壓制 成塊，放于銥坩堝內，采用提拉法生長晶體，籽晶為[100]方向的Li^Si05單晶棒，晶體生長 在高純N2氣氛中進行。提拉速度為2mm/h，旋轉速度為10rpm。
實施例4. 將Nd203， Lu203和Si02高純原料按照x = 0. 005稱量。混合均勻后在液壓機上壓 制成塊，放于石墨坩堝內，坩堝底部無籽晶。采用坩堝下降法，在高純K氣氛中生長晶體。坩堝下降速率為0. lmm/h。
實施例5. 將Nd203， Lu203和Si02高純原料按照x = 0. 008稱量。混合均勻后在液壓機上壓 制成塊，放于石墨坩堝內，坩堝底部放有[100]方向的Lu2Si0s單晶棒。采用坩堝下降法，在 高純K氣氛中生長晶體。坩堝下降速率為0.6mm/h。
實施例6. 將Nd203， Lu203和Si02高純原料按照x = 0. 01稱量。混合均勻后在液壓機上壓制 成塊，放于石墨坩堝內，坩堝底部放有[100]方向的Li^Si05單晶棒。采用坩堝下降法，在高 純K氣氛中生長晶體。坩堝下降速率為lmm/h。
實施例7. 將Nd203， Lu203和Si02高純原料按照x = 0. 005稱量。混合均勻后在液壓機上壓 制成塊，放于石墨坩堝內，坩堝底部無籽晶。采用溫度梯度法，在高純N2氣氛中生長晶體。 以使得晶體生長速度在lmm/h的降溫速率進行降溫并生長晶體。
實施例8. 將Nd203， Lu203和Si02高純原料按照x = 0. 008稱量。混合均勻后在液壓機上壓 制成塊，放于石墨坩堝內，坩堝底部放有[100]方向的Li^Si05單晶棒。采用溫度梯度法，在 高純N2氣氛中生長晶體。以使得晶體生長速度在1. 5mm/h的降溫速率進行降溫并生長晶 體。 實施例9. 將Nd203， Lu203和Si02高純原料按照x = 0. 01稱量。混合均勻后在液壓機上壓制 成塊，放于石墨坩堝內，坩堝底部放有[100]方向的Li^Si05單晶棒。采用溫度梯度法，在高 純N2氣氛中生長晶體。以使得晶體生長速度在1. 8mm/h的降溫速率進行降溫并生長晶體。
權利要求
一種發光波長處于1μm波段的摻釹的硅酸镥激光晶體，其特征在于，該摻釹的硅酸镥激光晶體簡稱為Nd:Lu2SiO5，分子式為(NdxLu1-x)2SiO5，其中x的取值范圍為0.005～0.01。
2. 權利要求1所述的摻釹的硅酸镥激光晶體的制備方法，其特征在于，該方法包括下列步驟① 原料配方初始原料采用Nd203， Lu203和Si02并按分子式(NdxLUl—x)2Si05的化學計量比x : (i-x) : i進行配料，其中x的取值范圍為o. 005 o.oi;② 選定x的值后，按化學計量比x : (1-x) : 1分別稱量Nd203、 Lu203和Si02，充分混 合均勻后在液壓機上壓制成料塊，然后裝入氧化鋁坩堝內，放進馬弗爐中燒結，用10個小 時升溫至120(TC，保溫10個小時后再用10個小時降溫至室溫，形成塊料；③ 將塊料取出放入坩堝內，采用熔體法生長Nd:Lu2Si05單晶。
3. 根據權利要求2所述的摻釹的硅酸镥激光晶體的制備方法，其特征在于，所述的熔 體法為提拉法、坩堝下降法或溫度梯度法。
全文摘要
一種發光波長處于1μm波段的摻釹的硅酸镥激光晶體及其制備方法，該摻釹的硅酸镥激光晶體簡稱為Nd:Lu2SiO5，分子式為(NdxLu1-x)2SiO5，其中x的取值范圍為0.005～0.01。采用熔體法生長Nd:Lu2SiO5單晶。該晶體能夠采用AlGaAs二極管泵浦，實現1μm波段激光運轉。
文檔編號C30B29/34GK101701359SQ200910199329
公開日2010年5月5日 申請日期2009年11月25日 優先權日2009年11月25日
發明者吳鋒, 周大華, 徐曉東, 成詩恕, 李東振, 程艷 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所