一種拉曼晶體及其生長方法和用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及拉曼激光晶體領(lǐng)域，尤其涉及一種拉曼晶體及其生長方法和用途。
【背景技術(shù)】
[0002] 利用介質(zhì)的受激拉曼散射效應(yīng)獲得新波長激光是拓展激光波長的重要手段之一。 拉曼介質(zhì)是固體拉曼激光器進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵器件，決定了拉曼激光器的輸出波長、光 束質(zhì)量及轉(zhuǎn)化效率等。通過選擇不同的拉曼介質(zhì)及泵浦激光波長，可實(shí)現(xiàn)從紫外到中紅外 的拉曼激光輸出，獲得用其他手段難以獲得的激光波長。這些激光可用于激光測距、激光雷 達(dá)、醫(yī)學(xué)治療、激光導(dǎo)星、激光通訊和光譜學(xué)測量等領(lǐng)域。
[0003] 拉曼介質(zhì)可分為氣態(tài)拉曼介質(zhì)、液態(tài)拉曼介質(zhì)及固態(tài)拉曼介質(zhì)。相比于氣態(tài)和液 態(tài)拉曼介質(zhì)，固態(tài)拉曼介質(zhì)具有粒子濃度大、體積小、性能穩(wěn)定、泵浦閾值低、導(dǎo)熱性好等優(yōu) 點(diǎn)。隨著激光器全固態(tài)化的需求，固態(tài)拉曼介質(zhì)已成為拉曼激光器首選的拉曼介質(zhì)。目前 研宄較多的固態(tài)拉曼介質(zhì)為金剛石、Li 103、Ba (N03) 2、BaW04、KGd (W04) 2、KY (W04) 2及YV0 4等。 然而，這些常用拉曼晶體還存在如下兩個(gè)方面的不足：（1)常用拉曼晶體的頻移主要集中 在800-lOOOcnT 1范圍內(nèi)；（2)晶體的透光范圍多在300nm以上。因此，這些相對成熟的拉曼 晶體頻移量不夠豐富且受限于晶體的透光范圍而不能用于紫外波段激光變頻。需要說明的 是，金剛石是可以實(shí)現(xiàn)紫外波段激光變頻，然而金剛石的價(jià)格昂貴，而且金剛石只能做成薄 膜不能做成塊狀結(jié)構(gòu)。同時(shí)，當(dāng)前國內(nèi)外拉曼激光器的研宄主要集中在激光腔結(jié)構(gòu)的優(yōu)化 及自拉曼激光器的設(shè)計(jì)，而對新拉曼晶體的探索較少。因此，探索具有不同拉曼頻移以及可 用于紫外波段特別是深紫外波段的新型拉曼晶體具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種硼酸鹽拉曼晶體Ba3InB90 18及其生長方 法和用途，該晶體物化性能穩(wěn)定、易切割且不溶于水。該晶體能夠用于紫外波段拉曼變頻。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：
[0006] -種拉曼晶體，其特征是，所述拉曼晶體的化學(xué)式為Ba3InB90 18，所述拉曼晶體為 六方晶系，空間群P63/m，晶胞參數(shù)為a = b=7. 13,58A，c = 16. 6959 A。
[0007] -種拉曼晶體生長方法，包括步驟：
[0008] 1)、將Ba3InB9018多晶原料置于鉑金坩堝中升溫熔化，升溫至1027-1052°c，待原料 完全融化后繼續(xù)恒溫3-5小時(shí)，將熔體溫度降溫至晶體結(jié)晶溫度，之后將熔體繼續(xù)恒溫；
[0009] 2)、下籽晶，使籽晶在熔體上方5-20mm處預(yù)熱10-30分鐘，然后使籽晶接觸熔體， 降溫使晶體生長；
[0010] 3)、利用提拉法或泡生法生長晶體；
[0011] 4)、晶體生長到目標(biāo)尺寸后，提拉使晶體與熔體脫離，按冷卻速率1-50°C /h冷卻 至室溫，得到Ba3InB9018拉曼晶體。
[0012] 步驟1)中所述的Ba3InB9018多晶原料是利用固相反應(yīng)合成的，所述固相反應(yīng)的 步驟為：按摩爾比 BaC03:In 203:H3B03= 6 :1:18-18.9 稱量純的 BaC03、ln203和 H3B03 原料， 混勻后于400-500°C燒結(jié)10-12小時(shí)，之后研磨混勻在900-950°C下燒結(jié)24-36小時(shí)，得到 Ba3InB 9018多晶原料。
[0013] 步驟3)中所述提拉法的晶體生長參數(shù)為：提拉速度為0. l-l_/h，轉(zhuǎn)速為3-10轉(zhuǎn) /分鐘。
[0014] 步驟2)中所述籽晶接觸熔體的方式為籽晶浸沒入熔體中2-5mm;步驟3)中所 述的泡生法的晶體生長參數(shù)為：降溫速率0.02-0. 2°C /h，固液界面附近的溫度梯度為 5-15°C /cm，轉(zhuǎn)速為3-10轉(zhuǎn)/分鐘。
[0015] 一種拉曼晶體生長方法，包括步驟：
[0016]1)、將Ba3InB9018多晶原料置于鉑金坩堝中升溫熔化，將升溫至1027-1052°C，待原 料完全融化后繼續(xù)恒溫3-5小時(shí)，
[0017]2)、將熔體溫度降低至1010°C，并以0. 01-0. 2°C /h的降溫速率降溫10-15小時(shí)使 溶體表面及以下5-15毫米范圍凝固，之后以3-6°C /h的速率降溫4-8小時(shí)，最后經(jīng)30小時(shí) 降至室溫，得到Ba3InB90 18拉曼晶體。
[0018] 步驟1)中所述的Ba3InB90 18多晶原料是利用固相反應(yīng)合成的，所述固相反應(yīng)的 步驟為：按摩爾比 BaC03:In 203:H3B03= 6 :1:18-18.9 稱量純的 BaC03、ln203和 H3B03 原料， 混勻后于400-500°C燒結(jié)10-12小時(shí)，之后研磨混勻在900-950°C下燒結(jié)24-36小時(shí)，得到 Ba 3InB9018多晶原料。
[0019] 一種拉曼晶體的用途，所述晶體被用作固體拉曼激光器的拉曼介質(zhì)。
[0020] 一種拉曼晶體的用途，所述拉曼介質(zhì)用于紫外波段、黃光波段及人眼安全波段的 激光變頻。
[0021] 本發(fā)明所提供的晶體具有如下優(yōu)于傳統(tǒng)拉曼晶體的優(yōu)點(diǎn)：
[0022]1)本發(fā)明所述晶體的拉曼頻移為649CHT1，相對于現(xiàn)有的晶體的拉曼頻移為 SOO-lOOOcnT1，本發(fā)明所述晶體提供了一種新的激光頻移，與其他非線性晶體配合，可獲得 新波長激光；
[0023] 2)本發(fā)明所述晶體的紫外截止邊位于185nm附近，這意味著該晶體能夠透射波長 在185nm以上的激光，而現(xiàn)有的晶體只能透射300nm以上的激光，金剛石的透射波段雖然可 以達(dá)到本發(fā)明所述晶體的透射波段，然而金剛石卻無法做到大的塊狀，本發(fā)明所述晶體長 度可以達(dá)到6厘米以上，這就決定了本發(fā)明所述晶體能夠用于紫外波段拉曼變頻；
[0024] 3)本發(fā)明所述晶體為同成分多晶經(jīng)過熔融再生長而成，晶體生長成本低，不溶于 水，不潮解，易于切割、研磨、拋光和保存。
【附圖說明】
[0025] 附圖 1 為 Ba3InB9018晶體。
[0026] 附圖2為8&311^90 18晶體的多晶粉末X射線衍射圖。
[0027] 附圖3為Ba3InB9018晶體的透射光譜。
[0028] 附圖4為Ba3InB9018晶體的拉曼光譜。
[0029] 附圖5為典型的8&311^90 18晶體進(jìn)行拉曼變頻的示意圖。
[0030] 其中，Ml為輸入鏡，M2為輸出鏡，C1為激光晶體，C2為調(diào)Q晶體，C3為Ba3InB 9018 晶體。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 為了更好的了解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0032] 如圖1所示，一種8&311^9018拉曼晶體，該晶體為六方晶系，空間群P6 3/m，晶胞參數(shù) 為 a = b = 7. 1358A, c= 16. 6959A。
[0033] 如圖2至圖5所示，8&31仙9018晶體的紫外吸收邊約為185nm，可用于紫外波段拉 曼變頻。最強(qiáng)拉曼峰位于SAgcnf 1附近，半峰寬為7. 5cm ^1。圖5中，Ml為輸入鏡，該輸入 鏡對泵浦光高透，對一階斯托克斯光高反;M2為輸出鏡，該輸出鏡對一階斯托克斯光高透， 對泵浦光高反。該晶體的拉曼頻移為649CHT 1，可有效拓展現(xiàn)有的激光波長。
[0034] 一種Ba3InB9018拉曼晶體的生長方法，該方法Ba 3InB9018多晶粉末為生長原料，采 用常規(guī)的熔體法包括提拉法、泡生法、緩冷法或溫梯法進(jìn)行晶體生長。
[0035] 其中，提拉法生長Ba3InB9018拉曼晶體的步驟如下：
[0036]1)、將Ba3InB9018多晶原料置于鉑金坩堝中升溫熔化，溫度為997_1002°C時(shí)，原料 開始融化，將熔體溫度升高至1027-1052°C，待原料完全融化后繼續(xù)恒溫3-5小時(shí)，將熔體 溫度降溫至997-1002 °C，之后將熔體繼續(xù)恒溫。
[0037] 由于晶體的結(jié)晶溫度根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件的不同而有所不同，所以需要通過籽晶試探， 以確定晶體的結(jié)晶溫度，其中籽晶可利用鉑金絲接觸熔體并緩慢降溫得到。
[0038]2)、下籽晶，使籽晶在熔體上方5-20mm處預(yù)熱10-30分鐘，然后使籽晶接觸熔體， 降溫使晶體生長；
[0039] 3)、待晶體徑向尺寸生長到10_30mm時(shí)，提拉晶體使其等徑生長，提拉速度為 0. 1-lmm/h，轉(zhuǎn)速為3-10轉(zhuǎn)/分鐘；此處所述的提拉速度為提拉桿沿提拉方向的速度，轉(zhuǎn)速 為提拉桿的旋轉(zhuǎn)速度。提拉桿用于固定籽晶。提拉桿、籽晶與晶體擁有一致的提拉速度與 轉(zhuǎn)速。
[0040] 4)、晶體生長到目標(biāo)尺寸后，提拉使晶體與熔體脫離，按冷卻速率1-50°C /h冷卻 至室溫，得到Ba3InB9018拉曼晶體。
[0041] 泡生法生長Ba3InB9018拉曼晶體的步驟如下：
[0042]1)、將Ba3InB9018多晶原料置于鉑金坩堝中升溫熔化，溫度為997_1002°C時(shí)，原料 開始融化，將熔體溫度升高至1027-1052°C，待原料完全融化后繼續(xù)恒溫3-5小時(shí)，將熔體 溫度降溫至997-1002 °C，之后將熔體繼續(xù)恒溫。
[0043] 由于晶體的結(jié)晶溫度根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件的不同而有所不同，所以需要通過籽晶試探， 以確定晶體的結(jié)晶溫度，其中籽晶可利用鉑金絲接觸熔體并緩慢降溫得到。
[0044]2)、下籽晶，使籽晶在熔體上方5_20mm處預(yù)熱10-30分鐘，然后將籽晶浸沒入熔體 中2-5_，降溫使晶體生長，晶體生長參數(shù)為：降溫速率0. 02-0. 2°C /h，固液界面附近的溫 度梯度為5-15°C /cm，轉(zhuǎn)速為3-10轉(zhuǎn)/分鐘；
[0045] 3)、晶體生長到目標(biāo)尺寸后，提拉使晶體與熔體脫離，之后冷卻速率1-50°C /h卻 至室溫，得到Ba3InB9018拉曼晶體。
[0046] 緩冷法生長Ba3InB9018拉曼晶體的步驟如下：
[0047] 1)、將Ba3InB9018多晶原料置于鉑金坩堝中升溫熔化，溫度為997_1002°C時(shí)，原料 開始融化，將熔體溫度升高至1027-1052°C，待原料完全融化后繼續(xù)恒溫3-5小時(shí)，將熔體 溫度降溫至997-1002 °C，之后將熔體繼續(xù)恒溫。
[0048] 由于晶體的結(jié)晶溫度根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件的不同而有所不同，所以需要通過籽晶試探， 以確定晶體的結(jié)晶溫度，其中籽晶可利用鉑金絲接觸熔體并緩慢降溫得到。
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